Bài giảng Nhà máy điện và trạm - Trương Quang Sanh

t, 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! Tác giả! Trang: 7 Bài giảng Nhà máy điện và trạm 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 kinh tế quốc dân và phải đƣợc phát triển trƣớc một bƣớc. Trang: 8 Bài giảng Nhà máy điện và trạm * 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 đòi 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: - Hóa năng: nhiên liệu trong lòng đất, than đá, dầu, khí đốt tự nhiên,... nhiên liệu sinh khối, gỗ, chất thải công nghiệp,... Trang: 9 Bài giảng Nhà máy điện và trạm - 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%. Trong khi đó tỉ lệ phụ thuộc vào thủy điện của Nhật Bản chỉ khoảng 10%, bình quân của thế giới khoảng 12-13%. Từ đó có thể nói tỉ lệ phụ thuộc vào thủy điện của Việt Nam là rất cao. Tƣơng lai, Việt Nam đặt ra phƣơng châm từng bƣớc kìm hãm sự phụ thuộc vào thủy điện, đồng thời nâng cao tỉ lệ điện năng khác. Theo kế hoạch của ngành điện vào năm 2020 dự kiến tỉ lệ phụ thuộc vào thủy điện sẽ giảm xuống mức 28.5%, nhiệt điện là 56.9% và điện nhập khẩu từ các nƣớc khác là 5.8%. Trang: 10 Bài giảng Nhà máy điện và trạm 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): Nhà máy thủy điện dùng năng lƣợng của dòng nƣớc để sản xuất ra điện năng. Động cơ sơ cấp để quay máy phát thủy điện là các tua bin nƣớc trục đứng hay trục ngang. Trang: 11 Bài giảng Nhà máy điện và trạm 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: Ngƣời ta lợi dụng sức gió để quay một hệ thống cánh quạt và truyền động để quay máy phát điện. Trang: 12 Bài giảng Nhà máy điện và trạm 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 lò than đƣợc thay thế bằng hệ thống kính thu nhận nhiệt năng của mặt trời. Hình 1.6 Nhà máy năng lƣợng mặt trời Ngoài ra còn có nhà máy điện dùng sức nƣớc thủy triều là một nhà máy thủy điện sử dụng năng lƣợng thủy triều. Trang: 13 Bài giảng Nhà máy điện và trạm 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 lò 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). - Nhà máy nhiệt điện có những đặc điểm sau: + Thƣờng xây dựng gần nguồn nhiên liệu. + Việc khởi động và tăng phụ tải chậm. + Khối lƣợng tiêu thụ nhiên liệu lớn. + Thải khói làm ô nhiểm môi trƣờng. + Hiệu suất khỏang 30% đến 70%. Trang: 14 Bài giảng Nhà máy điện và trạm 1. kho nhiên liệu; 2. hệ thống cấp nhiên liệu; 3. lò hơi; 4. tuabin; 5. bình ngƣng; 6. bơm tuần hoàn; 7. bơm ngƣng tụ; 8. bơm cấp nƣớc; 9. vòi đốt; 10. quạt gió; 11. quạt khói; 12. bộ sấy không 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 khô bằng không khí nóng từ quạt 10, qua bộ sấy không 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, thoát ra ngoài qua ống khói nhờ quạt 11. Nƣớc trong nồi hơi nhận nhiệt năng, biến thành hơi có thông số cao và đƣợc dẫn đến tuabin 4. Tại đây, áp suất và nhiệt độ của hơi nƣớc giảm cùng với quá trình biến đổi nhiệt năng thành cơ năng để quay tuabin. Tuabin làm quay máy phát: Cơ năng biến thành điện năng. Trang: 15 Bài giảng Nhà máy điện và trạm Hơi nƣớc sau khi ra khỏi tuabin có thông số thấp đi vào bình ngƣng 5, hơi nƣớc đọng thành nƣớc nhờ hệ thống làm lạnh tuần hoàn. Nƣớc làm lạnh có thể đƣợc lấy từ sông hồ bằng bơm tuần hoàn 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 quá trình làm việc, thƣờng xuyên 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 ngoài 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 không phải chỉ có một vòng chu trình nhiệt nhƣ nhà máy nhiệt điện ngƣng hơi. Để ngăn các tia phóng xạ ra ngoài, bảo vệ cho con ngƣời, lò phản ứng đƣợc bao bọc bằng những lớp nƣớc hay bê tông dày. Trang: 16 Bài giảng Nhà máy điện và trạm 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 lò 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 lò 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 thoát ra môi trƣờng ngoài hoặc rò rỉ ra chu trình thứ II. * Chu trình thứ II: - Tại lò 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. - Hơi sau khi qua Turbine sẽ đƣợc đƣa đến bình ngƣng trao đổi nhiệt để trở thành nƣớc. Trang: 17 Bài giảng Nhà máy điện và trạm - 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. - Ngoài kiểu nhà máy thủy điện thông thƣờng còn có nhà máy thủy điện tích năng. 1.3 Trạm biến áp 1.3.1. Khái niệm Trạm biến áp là một bộ phận quan trọng hệ thống truyền tải điện năng. Nhiệm vụ chính của trạm biến áp là biến đổi năng lƣợng điện từ cấp điện áp này sang cấp điện áp khác cho phù hợp với yêu cầu truyền tải và phân phối điện năng. Trang: 18 Bài giảng Nhà máy điện và trạm 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 Gồm một số đƣờng dây cung cấp và một số đƣờng dây phân phối đến các hộ tiêu thụ. Các đƣờng dây này có cùng điện áp nhƣ nhau, nên trong trạm phân phối không có máy biến áp, ở đây chỉ đặt thanh góp, khí cụ điện đóng cắt, điều khiển. Trang: 19 Bài giảng Nhà máy điện và trạm CÂU HỎI ÔN TẬP CHƢƠNG 1 Câu 1: Hãy trình bày các dạng năng lƣợng sơ cấp? Câu 2: Phân loại nhà máy điện? Câu 3: Nêu quá trình sản xuất điện năng trong nhà máy điện? Câu 4: Trạm biến áp là gì? Phân loại. Trang: 20 Bài giảng Nhà máy điện và trạm 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 công 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. Xu thế hiện nay ngƣời ta chế tạo máy biến áp với cấp điện áp cao và thay đổi cấu trúc để tăng công suất đơn vị, với việc sử dụng thép cán nguội có cách điện tốt và hệ thống làm mát tốt ngƣời ta có thể chế tạo những loại MBA có công suất đơn vị lớn. Trang: 21 Bài giảng Nhà máy điện và trạm 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 môi rắn, làm mát bằng không khí. + Máy biến áp kiểu dầu: Cách điện và môi trƣờng làm mát chủ yếu là dầu.  Làm mát tự nhiên bằng dầu.  Làm mát bằng dầu tuần hoàn tự nhiên có quạt gió.  Tuần hoàn cƣỡng bức dầu và không khí.  Làm mát bằng dầu và nƣớc. - Theo phƣơng pháp điều chỉnh điện áp: + Máy biến áp thƣờng. + Máy biến áp điều áp dƣới tải. 2.2. Các thông số của máy biến áp (MBA) 2.2.1. Công suất định mức của máy biến áp Công suất định mức là công suất toàn phần (Công suất biểu kiến) đƣợc nhà máy chế tạo qui định trong lý lịch MBA. Máy biến áp có thể tải đƣợc liên tục công suất này (S = Sđm ) trong điều kiện làm việc định mức. Trang: 22 Bài giảng Nhà máy điện và trạm 2.2.2. Điện áp định mức Điện áp định mức của máy biến áp là điện áp của các cuộn dây khi không tải đƣợc qui định trong lý lịch máy biến áp. U1đm Tỉ số biến áp : k dm  (2.1) U2đm 2.2.3. Dòng điện định mức Dòng điện định mức là dòng điện của các cuộn dây đƣợc nhà máy chế tạo qui định, với dòng điện này thì máy biến áp làm việc lâu dài mà không bị quá tải (Khi nhiệt độ môi trƣờng làm việc định mức). Dòng điện định mức đƣợc xác định nhƣ sau: Sđm I đm  (2.2) 3.U đm 2.2.4. Điện áp ngắn mạch Điện áp ngắn mạch là điện áp khi đặt vào cuộn dây thứ nhất của MBA, ngắn mạch cuộn dây thứ hai thì dòng điện trong cuộn dây sơ cấp bằng dòng điện định mức. Ý nghĩa: Điện áp ngắn mạch đặc trƣng cho điện áp rơi trên tổng trở các cuộn dây MBA và đƣợc dùng để xác định tổng trở các cuộn dây MBA. Điện áp ngắn mạch thƣờng đƣợc biểu diễn dƣới dạng phần trăm so với điện áp định mức, ký hiệu là UN%: U N U N %  . 100 (2.3) U đm 2.2.5. Dòng điện không tải Dòng điện không tải là dòng điện chạy trong cuộn dây thứ nhất của MBA khi cuộn dây thứ hai để hở mạch và điện áp đặt vào cuộn dây thứ nhất là định mức (U1đm). Dòng điện không tải đặt trƣng cho tổn hao không tải của MBA, phụ thuộc tính chất từ, chất lƣợng cũng nhƣ cấu trúc lắp ghép của lỏi thép. I0 % biểu thị bằng phần trăm so với dòng điện định mức Iđm : Trang: 23 Bài giảng Nhà máy điện và trạm I0 I o %  .100 (2.4) Iđm 2.3. Tổ đấu dây của MBA Trong các máy biến áp ba pha các cuộn dây có thể nối lại với nhau theo các cách sau: Hình 2.2 Sơ đồ tổ nối dây của máy biến áp Tổ nối dây của máy biến áp đƣợc hình thành do sự phối hợp kiểu nối dây sơ cấp so với kiểu nối dây thứ cấp và nó biểu thị góc lệch pha giữa điện áp dây sơ cấp và thứ cấp của máy biến áp. Ngƣời ta qui ƣớc biểu thị tổ đấu dây MBA dựa vào góc lệch pha sức điện động dây của phía sơ cấp và thứ cấp . - Góc lệch pha biến thiên từ 00 đến 3600. - Thực tế ngƣời ta lấy đơn vị 300 nên tổ đấu dây có thứ tự từ 0 đến 11. Dùng kim đồng hồ để biểu thị góc lệch pha: - Kim giờ biểu thị vectơ sức điện động cuộn dây sơ cấp và đƣợc đặt cố định ở con số 12. Trang: 24 Bài giảng Nhà máy điện và trạm - Kim phút biểu thị vectơ sức điện động cuộn dây thứ cấp tƣơng ứng với các vị trí 1,2, ... 12. Đối với MBA ba pha bằng cách thay đổi cách nối các cuộn dây có thể tạo ra đƣợc 12 tổ nối dây: - Khi nối Y - Y thì sẽ có tổ đấu dây chẳn 0, 2, 4, 6, 8, 10. - Khi nối Y - ∆ thì sẽ có tổ đấu dây lẽ 1, 3, 5, 7, 9, 11. 2.4. Các hệ thống làm mát của MBA 2.4.1. Các phƣơng pháp làm mát máy biến áp - Làm mát tự nhiên bằng dầu. - Làm mát bằng dầu tuần hoàn tự nhiên có quạt gió. - Làm mát bằng tuần hoàn cƣỡng bức dầu và không khí. - Làm mát bằng dầu và nƣớc. - Máy biến áp kiểu khô. 2.4.2. Hệ thống làm mát của máy biến áp Trong nội dung của phần nay, ta sẽ tìm hiểu hệ thống làm mát của máy biến áp Máy biến áp AT 500/220/35 kV: Máy biến áp trong quá trình vận hành thì gông từ và cuộn dây phát nhiệt do dòng Fuco và tổn thất trên cuộn dây. Sự phát nhiệt này ảnh hƣởng đến tuổi thọ cách điện của máy biến áp. Do vậy ngƣời ta sử dụng dầu ngoài tác dụng cách điện còn để làm mát máy biến áp. Nguyên tắc làm mát là sử dụng sự đối lƣu nhiệt giữa cuộn dây, gông từ với dầu. Khi nhiệt độ dầu tăng cao tiếp tục đối lƣu nhiệt với vỏ máy và cánh tản nhiệt. Vỏ máy và cánh tản nhiệt bức xạ nhiệt ra môi trƣờng xung quanh. Khi dầu đƣợc đốt nóng sẽ nổi lên trên đi qua cánh tản nhiệt đƣợc làm mát và chìm xuống dƣới. Dầu đi qua các rãnh của gông từ hay các khe của cuộn dây có kết cấu đĩa nối tiếp làm mát gông từ và cuộn dây và dầu bị đốt nổi lên trên kết thúc chu trình làm mát. Để thúc đẩy quá trình làm mát ngƣời ta lắp thêm quạt để biến quá trình bức xạ nhiệt ở cánh tản nhiệt thành quá trình đối lƣu nhiệt giữa cánh tản nhiệt và không khí, đắp thêm bơm dầu để đẩy nhanh vòng tuần hoàn dầu. Do vậy làm mát máy biến áp chính là làm mát dầu máy biến áp và có 3 cấp. Trang: 25 Bài giảng Nhà máy điện và trạm Hình 2.3 Hệ thống làm mát máy biến áp * Các cấp làm mát máy biến áp: - Cấp 1: Làm mát dầu máy biến áp bằng không khí tự nhiên ONAN. Dầu máy biến áp đối lƣu nhiệt với vỏ máy và 10 cánh tản nhiệt lắp 2 bên thành máy. - Cấp 2: Làm mát dầu máy biến áp bằng quạt thổi ONAF. Khi nhiệt độ dầu lớp trên cùng tăng đến 60oC hoặc nhiệt độ cuộn dây 500 kV là 75oC hoặc cuộn dây 35 kV là 80oC thì khởi động đồng thời 6 quạt có công suất 560 W lắp trên các cánh tản nhiệt. Khi các giá trị nhiệt khởi động giảm đi 10oC mới dừng quạt. - Cấp 3: Làm mát dầu máy biến áp bằng quạt thổi và bơm dầu cƣỡng bức OFAF. Khi nhiệt độ trên cùng là 65oC hoặc nhiệt độ qui đổi của cuộn dây 500 kV là 80oC hoặc cuộn dây 35 kV là 85oC thì ngoài các quạt còn có 2 bơm dầu công suất 2,2 kW khởi động thúc đẩy quá trình đối lƣu dầu trong cánh tản nhiệt. Bơm sẽ dừng khi giá trị nhiệt khởi động giảm 10oC. Trang: 26 Bài giảng Nhà máy điện và trạm CÂU HỎI ÔN TẬP CHƢƠNG 2 Câu 1: Khái niệm máy biến áp? Phân loại. Câu 2: Trình bày các thông số của máy biến áp? Câu 3: Tổ nối dây máy biến áp là gì? Vẽ sơ đồ các tổ nối dây? Câu 4: Trình bày các phƣơng pháp làm mát máy biến áp? Trang: 27 Bài giảng Nhà máy điện và trạm CHƢƠNG 3 LỰA CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN Các tình trạng làm việc của thiết bị điện: Các thiết bị điện có thể có hai tình trạng làm việc cơ bản: - Tình trạng làm việc bình thƣờng: Là tình trạng làm việc với giả thiết trong khu vực đang xét không có phần tử nào của hệ thống bị cắt một cách bắt buộc. Dòng điện làm việc bình thƣờng cực đại là dòng điện lớn nhất có thể ở tình trạng này và thƣờng đƣợc dùng để chọn tiết diện dây dẫn, cáp theo điều kiện kinh tế. - Tình trạng làm việc cƣỡng bức: Là tình trạng làm việc với giả thiết trong khu vực đang xét có phần tử của hệ thống bị cắt một cách bắt buộc. Dòng điện cƣỡng bức thƣờng lớn hơn dòng điện làm việc bình thƣờng và nó thƣờng dùng để chọn thiết bị theo điều kiện phát nóng lâu dài. Tƣơng ứng với hai tình trạng này có hai dòng điện đi qua TBĐ là dòng điện làm việc bình thƣờng và dòng điện cƣỡng bức. Xác định dòng làm việc tính toán * Máy phát điện và máy bù đồng bộ: - Dòng điện làm việc bình thƣờng: Ibt = IđmF (3.1) Trong đó: Ibt là dòng làm việc bình thƣờng IđmF là dòng định mức máy phát hay máy bù đồng bộ - Dòng điện làm việc cƣỡng bức: Icb = 1,05. IđmF (3.2) Với Icb là dòng làm việc cƣỡng bức Hình 3.1 Sơ đồ máy phát điện Trang: 28 Bài giảng Nhà máy điện và trạm * Máy biến áp điện lực: a. Trạm có một máy biến áp 3 pha 2 dây cuốn -Dòng điện làm việc bình thƣờng ứng với lúc phụ tải cực đại: S pt max (3.3) Ibt  3.Udm Trong đó: Uđm là điện áp định mức Sptmax là công suất phụ tải cực đại Hình 3.2 Sơ đồ máy biến áp ba pha hai dây quấn b. Trạm có hai máy biến áp làm việc song song: - Dòng điện làm việc bình thƣờng: S pt max (3.4) I  bt 2. 3.U đm - Dòng điện làm việc cƣỡng bức của máy biến áp xác định ứng với lúc một máy biến áp bị sự cố (B2). kqtsc .SđmBA (3.5) I  cb 3.U đm Trang: 29 Bài giảng Nhà máy điện và trạm Hình 3.3 Sơ đồ trạm có hai máy biến áp làm việc song song c. Máy biến áp nối bộ với máy phát: - Dòng điện làm việc bình thƣờng: Ibt = IđmF (3.6) - Dòng điện làm việc cƣỡng bức: Icb = 1,05. IđmF (3.7) * Đƣờng dây a. Đƣờng dây đơn: - Dòng điện làm việc bình thƣờng bằng dòng phụ tải cực đại Iptmax: Ibt = Iptmax (3.8) b. Đối với đƣờng dây kép: - Dòng điện làm việc bình thƣờng: Ibt = Iptmax/2 (3.9) - Dòng điện làm việc cƣỡng bức: Icb = Iptmax (3.10) Hình 3.4 Sơ đồ đƣờng dây kép Trang: 30 Bài giảng Nhà máy điện và trạm * Thanh góp: Dòng điện làm việc tính toán của thanh góp đƣợc tính bằng dòng điện tính toán của mạch (MFĐ hoặc một MBA) có công suất lớn nhất nối vào thanh góp đó. * Dạng ngắn mạch và điểm ngắn mạch tính toán - Dạng ngắn mạch tính toán Khi chọn khí cụ điện và các phần có dòng điện chạy qua, ta cần phải biết dòng điện ngắn mạch lớn nhất chạy qua nó để kiểm tra khả năng làm việc và ổn định nhiệt, ổn định động cho các thiết bị đã chọn. Để xác định dòng điện làm việc tính toán chọn ngặn mạch ba pha đối xứng làm dạng ngắn mạch tính toán. - Điểm ngắn mạch tính toán: Điểm ngắn mạch tính toán là những điểm ngắn mạch có giá trị dòng ngắn mạch chạy qua KCĐ cần kiểm tra là lớn nhất. Hình 3.5 Sơ đồ các vị trí các điểm ngắn mạch Trang: 31 Bài giảng Nhà máy điện và trạm - Điểm N1: + Mục đích: Để chọn và kiểm tra khí cụ điện các mạch phía cao áp. + Trạng thái sơ đồ trƣớc nm: Tất cả các máy phát, MBA và hệ thống đang vận hành. - Điểm N2: + Mục đích: Để chọn và kiểm tra khí cụ điện và dây dẫn các mạch phía trung áp. + Trạng thái sơ đồ trƣớc nm: Tất cả các máy phát, máy biến áp và hệ thống đang vận hành. - Điểm N3: + Mục đích: Để chọn và kiểm tra các khí cụ điện mạch hạ áp máy biến áp liên lạc. + Trạng thái sơ đồ trƣớc nm: Tất cả các máy phát, máy biến áp và hệ thống đang vận hành, trừ máy biến áp B3 nghỉ. - Điểm N4: + Mục đích: Để chọn và kiểm tra các khí cụ điện mạch phân đoạn. + Trạng thái sơ đồ trƣớc nm: Máy biến áp B2 và máy phát F2 nghỉ, các máy phát còn lại và hệ thống làm việc bình thƣờng - Điểm N5, N5‟, N6, N6‟: + Mục đích: để chọn và kiểm tra các khí cụ điện mạch máy phát. + Trạng thái vận hành trƣớc nm: + Điểm N5: Máy phát F2 nghỉ, các máy phát còn lại và hệ thống làm việc bình thƣờng. + Điểm N5‟: chỉ có máy phát F2 làm việc. + Điểm N6: Máy phát F3 nghỉ, các máy phát còn lại và hệ thống làm việc bình thƣờng. + Điểm N6‟: chỉ có máy phát F3 làm việc. Dòng ngắn mạch tính toán: Nếu các máy phát F2, F3 có cùng loại thì: INtt = max(IN5, IN5', IN6) Trang: 32 Bài giảng Nhà máy điện và trạm Nếu F2, F3 khác loại: INtt1 = max(IN5, IN5‟), INtt2 = max(IN6, IN6‟), - Điểm N7, N7‟: + Mục đích: để chọn và kiểm tra khí cụ điện mạch tự dùng. + Trạng thái làm việc: tất cả các máy phát và hệ thống làm việc bình thƣờng. - Điểm N8: + Mục đích: để chọn và kiểm tra khí cụ điện mạch tự dùng. + Trạng thái làm việc: tất cả các máy phát và hệ thống làm việc bình thƣờng. Chú ý: Theo sơ đồ và các giả thiết tính toán ngắn mạch ta có: IN3 = IN4 + IN5‟ IN7 = IN5 + IN5„ IN7' = IN6 + IN6' 3.1. Chọn máy cắt điện 3.1.1. Khái niệm Máy cắt điện áp cao là một loại khí cụ điện dùng để đóng cắt các mạch điện lúc không tải, có tải cũng nhƣ khi xãy ra sự cố. Trang: 33 Bài giảng Nhà máy điện và trạm Hình 3.6 Máy cắt điện 66 kV Đối với một hệ thống điện cao áp, máy cắt điện có vai trò quan trọng tới sự vận hành an toàn và ổn định của hệ thống truyền tải điện năng. Yêu cầu của máy cắt điện phải có khả năng cắt lớn, thời gian cắt ngắn, khi đóng ngắt không đƣợc gây cháy nổ và phải có khả năng đóng cắt một số lần nhất định mới đem ra sửa chữa, kích thƣớc và trọng lƣợng máy phải gọn nhẹ, kết cấu đơn giản, giá thành giảm. Nhờ có máy cắt điện mà các tình trạng sự cố trong hệ thống đƣợc loại trừ nhanh chóng, đảm bảo ổn định hệ thống. 3.1.2. Phân loại Tùy theo các phƣơng pháp dập hồ quang và các biện pháp cách điện giữa các bộ phận ngƣời ta chia máy cắt làm các loại sau: - Máy cắt điện nhiều dầu: Dầu đƣợc dùng để làm vật liệu cách điện đồng thời sinh khí dập tắt hồ quang. - Máy cắt điện ít dầu: Dầu dùng để sinh khí dập tắt hồ quang, còn cách điện là các điện môi rắn. Trang: 34 Bài giảng Nhà máy điện và trạm - Máy cắt tự sinh khí: Dùng điện môi rắn làm nhiệm vụ cách điện và dập tắt hồ quang. - Máy cắt điện không khí: Hồ quang đƣợc dập tắt nhờ không khí nén, cách điện giữa các bộ phận bằng điện môi rắn. - Máy cắt điện khí: Hồ quang đƣợc đƣợc dập tắt trong môi trƣờng không khí có độ bền điện cao và khả năng dập tắt hồ quang lớn. - Máy cắt điện điện tử: Hồ quang đƣợc đẩy vào khe hở hẹp bằng phƣơng pháp lợi dụng lực điện từ và ở đó hồ quang đƣợc dập tắt một cách dễ dàng. - Máy cắt điện chân không: Hồ quang đƣợc dập tắt trong môi trƣờng chân không. - Máy cắt điện phụ tải: Máy cắt điện này chỉ có thể đóng, cắt dòng điện phụ tải nhƣng không cắt đƣợc dòng điện ngắn mạch. 3.1.3. Các tham số của máy cắt a. Dòng điện định mức Dòng điện định mức là dòng điện ngắn mạch ba pha hiệu dụng lớn nhất mà máy cắt có thể cắt đƣợc khi điện áp phục hồi giữa các pha bằng điện áp định mức nhƣng không làm hỏng máy cắt và có thể tiếp tục đóng cắt những lần sau mà không phải sửa chữa gì. b. Công suất định mức của máy cắt Đặt trƣng cho khả năng cắt của máy cắt, là một đại lƣợng có tính chất quy ƣớc. c. Dòng điện định mức Đặc trƣng cho khả năng đóng của máy cắt điện khi đang ngắn mạch. Đó là dòng điện ngắn mạch ba pha hiệu dụng toàn phần lớn nhất hay biên độ dòng điện xung kích lớn nhất mà máy cắt điện có thể đóng đƣợc nhƣng không làm cho các đầu tiếp xúc bị hàn dính lại, hay có những hƣ hỏng khác khi điện áp bằng điện áp định mức. 3.1.4. Chọn máy cắt điện trong hệ thống điện * Điều kiện chọn - UđmMC  U đm mạng (3.11) - I đmMC  I cb (3.12) Trang: 35 Bài giảng Nhà máy điện và trạm - I đmMC  I Nt (3.13) Trong đó: UđmMC là điện áp định mức của máy cắt U đm mạng là điện áp định mức của mạng I đmMC là dòng điện định mức của máy cắt * Kiểm tra - Ổn định nhiệt: 2 2 I nhđm. tnhđm  BN = I  . TTd (3.14) Nếu máy cắt có dòng định mức lớn hơn 1000A không cần kiểm tra ổn định nhiệt. - Ổn định lực điện động: iđđm  ixk Hay Iđđm  Ixk (3.15) 3.2. Chọn dao cách ly Hình 3.7 Dao cách ly Dao cách ly (DCL) là một thiết bị điện cao áp dùng để đóng cắt các mạch điện cao áp lúc không có dòng điện hay cho phép đóng cắt dòng điện nhỏ đƣợc quy định trong lý lịch của DCL. Nhiệm vụ: Nhiệm vụ chủ yếu là tạo khoảng cách an toàn trông thấy đƣợc để đảm bảo an toàn cho nhân viên sửa chữa các thiết bị điện. * Chọn dao cách ly: Dao cách ly đƣợc chọn theo điều kiện sau: Uđmcl  Wđm mạng (3.16) Trang: 36 Bài giảng Nhà máy điện và trạm Iđmcl  Icb (3.17) * Kiểm tra - Ổn định nhiệt: 2 2 I nhđm. tnhđm  BN = I  . tTd (3.18) Nếu DCL có dòng định mức lớn hơn 1000A không cần kiểm tra ổn định nhiệt. - Ổn định lực điện động: iđđm  ixk Hay Iđđm  Ixk (3.19) 3.3. Chọn máy biến điện áp (BU, TU) Hình 3.8 Máy biến điện áp - Khái niệm: Máy biến điện áp là một máy biến áp dùng để biến đổi điện áp từ trị số bất kỳ thành một trị số thích hợp (UđmT = 100 V hay 100/3V) để cung cấp cho các dụng cụ đo lƣờng, bảo vệ rơ le và tự động hoá. Nguyên tắc làm việc của BU giống máy biến áp thƣờng nhƣng công suất định mức thƣờng rất nhỏ từ (20 – 200) VA. Trang: 37 Bài giảng Nhà máy điện và trạm - Công dụng: Bảo đảm an toàn cho ngƣời phục vụ vì các dụng cụ và thiết bị nối vào phía thứ cấp đƣợc cách ly hoàn toàn với điện áp cao áp. Cuộn dây thứ cấp luôn luôn nối đất an toàn để đề phòng khi cách điện giữa cao áp và hạ áp bị chọc thủng sẽ gây nguy hiểm cho ngƣời vận hành và dụng cụ ở mạch thứ cấp. Các dụng cụ đo lƣờng, bảo vệ rơ le và tự động hoá đƣợc cung cấp từ thứ cấp của BU nên các thiết bị này đều đƣợc chế tạo với điện áp thấp. - Chọn thiết bị Máy biến điện áp đƣợc chọn theo các điều kiện sau: - Điện áp định mức BU: UđmBU  UđmHT (3.20) - Cấp chính xác: Chọn phù hợp với mục đích sử dụng. - Công suất: SđmBU  Spt (3.21) Khi chọn BU phải chú ý đến cả vấn đề dây dẫn nối giữa máy biến điện áp và dụng cụ đo. 3.4. Chọn máy biến dòng (BI, TI) Hình 3.9 Máy biến dòng đo lƣờng TI Trang: 38 Bài giảng Nhà máy điện và trạm - Khái niệm Máy biến dòng điện là một máy biến áp dùng để biến đổi dòng điện từ trị số bất kỳ thành một trị số thích hợp (IđmT = 5A) để cung cấp cho các dụng cụ đo lƣờng, bảo vệ rơ le và tự động hoá. - Công dụng Nhờ có BI mà sơ cấp và thứ cấp tách rời đảm bảo an toàn cho ngƣời vận hành. Dòng thứ cấp BI nhỏ (5A) nên các đồng hồ đo lƣờng và thiết bị BVRL đƣợc chế tạo với Iđm = 5A do đó giá thành hạ, đơn giản và độ chính xác cao. - Chọn máy biến dòng: Máy biến dòng điện đƣợc chọn theo các điều kiện sau: - Điện áp định mức BI: UđmBI  UđmHT (3.22) - Cấp chính xác: Chọn phù hợp với mục đích sử dụng. - Dòng điện: IđmBI  Icb/1,2 (3.23) Vì BI cho phép quá tải lâu dài 20% so với dòng định mức. Phụ tải của BI: Sau khi chọn đƣợc BI theo các điều kiện trên, dựa vào sơ đồ nối dây của BI và các dụng cụ nối vào ta kiểm tra điều kiện phụ tải: Z2BI  Z2đmBI nhằm đảm bảo sai số nằm trong giới hạn cho phép. Trong đó Z2 là phụ tải tính toán Z2 = Zdc + Zdd (3.24) Zdc là tổng trở của toàn bộ các dụng cụ nối vào mạch thứ cấp đƣợc xác định theo sơ đồ nối dây của các dụng cụ nối vào BI. Zdd là tổng trở của các dây dẫn mạch thứ cấp. Để đảm bảo độ bền cơ học các dây dẫn mạch thứ cấp phải thỏa mãn điều kiện: 2 2 SCu  1,5 mm và SAl  2,5 mm Điều kiện kiểm tra : - Kiểm tra ổn định động : 2 .kd. I1đm  ixk (3.25) Trong đó : kd là bội số ổn định động của BI I1đm là dòng định mức sơ cấp của BI Trang: 39 Bài giảng Nhà máy điện và trạm - Kiểm tra ổn định nhiệt : 2 2 (knhđm . Inhđm) . tnh  BN = I  . tTd (3.26) Với knhđm là bội số ổn định nhiệt định mức ứng với thời gian ổn định nhiệt tnh. Trang: 40 Bài giảng Nhà máy điện và trạm CHƢƠNG 4 SƠ ĐỒ NỐI ĐIỆN CỦA NHÀ MÁY ĐIỆN VÀ TRẠM BIẾN ÁP 4.1. Khái niệm chung 4.1.1. Các yêu cầu cơ bản của sơ đồ nối điện trong Nhà máy điện và trạm biến áp Sơ đồ nối điện là tập hợp tất cả những thiết bị điện chính nhƣ máy phát, máy biến áp, đƣờng dây, máy cắt, thanh góp, các thiết bị thao tác v.v... Đƣợc nối với nhau theo một thứ tự nhất định. 4.1.1.1. Vị trí, vai trò các nhà máy điện và trạm biến áp Các nhà máy điện và trạm biện áp trong hệ thống điện có vai trò khác nhau. Một số nhà máy sẽ làm việc ở đỉnh phụ tải, một số làm việc phụ thuộc vào đồ thị phụ tải nhiệt, nên sơ đồ nối điện của các nhà máy này sẽ khác nhau. Đối với trạm biến áp cũng vậy, có trạm chỉ có một phụ tải, có trạm cung cấp cho một vùng rộng lớn, thành phố hoặc có khi dùng để liên lạc nên sơ đồ nối điện cũng khác nhau. 4.1.1.2. Cung cấp điện liên tục a. Hộ loại I: Là tất cả các hộ mà khi ngừng cung cấp điện sẽ gây nguy hiểm cho tính mạng con ngƣời, ảnh hƣởng đến an ninh, chính trị, làm hỏng thiết bị, hƣ sản phẩm có giá trị lớn ảnh hƣởng đến nền kinh tế quốc gia. b. Hộ loại II: Là những hộ tiêu thụ mà khi ngừng cung cấp điện chỉ làm ngƣng truệ sản xuất, làm cản trở giao thông vận tải, ảnh hƣởng đến sinh hoạt khu dân cƣ lớn, thành phố. c- Hộ loại III: Là những hộ kém quan trọng, thời gian mất điện có thể kéo dài hơn nhƣng không đƣợc quá một ngày đêm. 4.1.1.3. Yêu cầu đơn giản, linh hoạt, thuận tiện thao tác, an toàn phục vụ Sơ đồ nối điện càng đơn giản, càng rõ ràng thì tính đảm bảo làm việc càng tốt và càng an toàn cho ngƣời phục vụ. Sơ đồ linh hoạt phải cho phép vận hành nhiều tình trạng khác nhau, do đó sơ đồ phải có nhiều thiết bị, khi đó xác suất sự cố sẽ tăng lên. Vì vậy, cần xét chính xác từng trƣờng hợp cụ thể. Tính an toàn quyết định chủ yếu bởi cách bố trí thiết bị trong sơ đồ. Trang: 41 Bài giảng Nhà máy điện và trạm 4.1.1.4. Tính kinh tế của sơ đồ Quyết định chủ yếu bởi sự tồn tại của các thiết bị và hình thức thanh góp. Yêu cầu chi phí vận hành hàng năm bé nhất. 4.1.2. Phân loại sơ đồ nối điện chính a. Theo số pha:  Sơ đồ một sợi.  Sơ đồ 2 sợi.  Sơ đồ 3 sợi. b. Theo phƣơng pháp sử dụng máy cắt, dao cách ly Ngƣời ta chia thành 2 nhóm: - Mỗi mạch đƣợc bảo vệ bằng 1 máy cắt (sơ đồ 1 hệ thống TG...). - Mỗi mạch đƣợc bảo vệ bằng 2 máy cắt (sơ đồ tam giác...). 4.1.3. Sơ đồ cấu trúc 4.1.3.1. Nhà máy có một cấp điện áp cao TBPP UC: Thiết bị phân phối cấp điện áp cao; TBPP UH: Thiết bị phân phối cấp điện áp máy phát (Điện áp hạ áp) Hình 4.1 Sơ đồ cấu trúc của Nhà máy có một cấp điện áp cao Trang: 42 Bài giảng Nhà máy điện và trạm 4.1.3.2. Nhà máy có hai cấp điện áp cao HT: Hệ thống điện; TBPP UT: Thiết bị phân phối cấp điện áp trung Hình 4.2 Sơ đồ cấu trúc Nhà máy có hai cấp điện áp cao 4.2. Các dạng sơ đồ nối điện cơ bản 4.2.1. Sơ đồ một hệ thống thanh góp 4.2.1.1. Sơ đồ hệ thống một thanh góp không phân đoạn a. Mô tả sơ đồ: Sơ đồ hệ thống một thanh góp gồm có: MC: Máy cắt; CL: Dao cách ly; N: Nguồn; D: Xuất tuyến đƣờng dây Hình 4.3 Sơ đồ hệ thống một thanh góp Trang: 43 Bài giảng Nhà máy điện và trạm - Một thanh góp TG. - Mỗi mạch đƣợc nối vào thanh góp qua một máy cắt (MC) và hai dao cách ly (DCL). - DCL nối giữa MC và thanh góp gọi là DCL thanh góp: CL11, CL21, CL31, CL41, CL51. - DCL nối giữa MC và đƣờng dây (ĐZ) gọi là DCL ĐZ: CL12, CL22, CL32, CL42, CL52. b. Thao tác sơ đồ: . Sửa chữa máy cắt: Sửa chữa MC1. - Cắt máy cắt MC1. - Cắt các dao cách ly CL12, CL11. - Thực hiện các biện pháp an toàn để đƣa máy cắt MC1 ra sửa chữa.  Sau khi sửa chữa xong MC1 ta tiến hành đƣa MC1 vào làm việc nhƣ sau: - Mở nối đất an toàn. - Đóng các DCL CL11, CL12. - Đóng máy cắt MC1. . Kiểm tra sửa chữa ĐZ: Sửa chữa ĐZ D1. Các bƣớc thao tác: - Cắt máy cắt MC1. - Cắt các DLC CL12, CL11. - Thực hiện các biện pháp an toàn để tiến hành sửa chữa. Sau khi sửa chữa xong tiến hành đóng điện lại cho ĐZ D1 theo trình tự ngƣợc lại - Mở các điểm nối đất. - Đóng các dao cách ly: CL11, CL12. - Đóng máy cắt MC1. . Khi có ngắn mạch xảy ra trên ĐZ: Trang: 44 Bài giảng Nhà máy điện và trạm Hình 4.4 Ngắn mạch tại điểm N1 trên đƣờng dây D2 Ngắn mạch tại N1. - BVRL sẽ đƣa tín hiệu đến cắt máy cắt MC2. Sau đó nhân viên vận hành sẽ tiến hành xử lý nhƣ sau: - Cắt các DCL CL22, CL21. - Thực hiện các biện pháp an toàn để tiến hành sửa chữa ĐZ D2. . Thao tác sửa chữa TG. - Cắt tất cả các MC mạch ĐZ nối vào TG: MC1, MC2, MC3. - Cắt tất cả các MC nguồn nối vào TG: MC4, MC5. - Cắt tất cả các DCL TG: CL11, CL21, CL31, CL41, CL51. - Thực hiện các biện pháp an toàn để sửa chữa thanh góp TG. c. Ƣu nhƣợc điểm và phạm vi sử dụng  Ƣu điểm: - Sơ đồ đơn giản, giá thành không lớn, thời gian lắp đặt nhanh. - DCL chỉ làm nhiệm vụ tạo khoảng cách an toàn nhìn thấy đƣợc không dùng để thao tác sơ đồ.  Nhƣợc điểm: - Khi sửa chữa thanh góp hoặc DCL thanh góp của bất kỳ mạch nào cũng dẫn đến mất điện toàn bộ. Trang: 45 Bài giảng Nhà máy điện và trạm - Khi sửa chữa MC bất kì mạch nào thì mạch đó sẽ bị mất điện trong suốt thời gian sửa chữa. - Khi ngắn mạch trên thanh góp hoặc DCL thanh góp thì toàn bộ sơ đồ cũng bị mất điện.  Phạm vi sử dụng: - Sử dụng cho thanh góp hạ áp các TBA công suất nhỏ. - Sử dụng trong các sơ đồ tự dùng của nhà máy điện, nhƣng khi đó phải có nguồn dự phòng. Để khắc phục những nhƣợc điểm của sơ đồ 1 thanh góp không phân đoạn ngƣời ta tiến hành phân đoạn thanh góp. 4.2.1.2. Sơ đồ hệ thống một thanh góp có phân đoạn a. Sơ đồ một hệ thống TG phân đoạn bằng 1 DCL CLpđ. Đối với sơ đồ này khi cần kiểm tra sửa chữa phân đoạn nào thì chỉ có phân đoạn đó bị ngừng làm việc. Hình 4.5 Sơ đồ hệ thống một thanh góp đƣợc phân đoạn bằng dao cách ly CLpd * Thao tác sơ đồ: Sửa chữa phân đoạn PĐ1. - Cắt các MC: MC1, MC4. Trang: 46 Bài giảng Nhà máy điện và trạm - Cắt các DCL: CL11, CL41, CLpđ. - Thực hiện các biện pháp an toàn để sửa chữa PĐ1. Sửa chữa dao cách ly phân đoạn: - Cắt các MC: MC1, MC2, MC4, MC5. - Cắt các DCL: CL11, CL21, CL41, CL51. - Thực hiện các biện pháp an toàn để sửa chữa CLpđ. b. Sơ đồ một hệ thống TG phân đoạn bằng 2 DCL CLpđ. Sửa chữa DCL phân đoạn CLpđ2 - Cắt các máy cắt: MC2, MC5. - Cắt các dao cách ly: CL21, CL51, CLpđ1. - Thực hiện các biện pháp an toàn để sửa chữa CLpđ2. Hình 4.6 Sơ đồ hệ thống một thanh góp phân đoạn bằng hai dao cách ly CLpd * Ƣu - nhƣợc điểm: Vận hành độc lập: Trang: 47 Bài giảng Nhà máy điện và trạm  Ƣu điểm: Khi có ngắn mạch trên phân đoạn hoặc dao cách ly thanh góp của phân đoạn nào thì chỉ có phân đoạn đó bị mất điện.  Nhƣợc điểm: Công suất nguồn không đƣợc phân bố đều cho các phụ tải nên vận hành không kinh tế. * Vận hành song song:  Ƣu điểm: Công suất nguồn đƣợc phân bố đều cho các phụ tải nên vận hành kinh tế.  Nhƣợc điểm: Khi có ngắn mạch trên bất kỳ phân đoạn hoặc DCL thanh góp của phân đoạn nào thì đều dẫn đến mất điện toàn bộ. Để khắc phục các nhƣợc điểm của các trạng thái vận hành trên ta tiến hành phân đoạn bằng máy cắt. c. Sơ đồ một hệ thống TG phân đoạn bằng MCpđ Đối với sơ đồ này, ở chế độ vận hành bình thƣờng máy cắt phân đoạn ở trạng thái đóng. Khi có ngắn mạch trên bất kỳ phân đoạn nào thì máy cắt phân đoạn MCpđ và máy cắt của các mạch có nguồn nối với phân đoạn đó cắt. Phân đoạn còn lại vẫn làm việc bình thƣờng. Hình 4.7 Sơ đồ hệ thống một thanh góp phân đoạn bằng máy cắt  Ngắn mạch tại N1 trên PĐ1 Trang: 48 Bài giảng Nhà máy điện và trạm BVRL sẽ tác động cắt MCpđ và MC4. Sau đó nhân viên vận hành sẽ xử lý sự cố nhƣ sau: - Cắt máy cắt MC1. - Cắt các dao cách ly: CL11, CL31, CLpđ1. - Thực hiện các bi ện pháp an toàn để tiến hành sửa chữa sự cố. 4.2.2 Sơ đồ hệ thống một thanh góp phân đoạn nối mạch vòng a. Mô tả sơ đồ: Khi số phân đoạn nhiều thì chênh lệch điện áp giữa các phân đoạn thƣờng lớn, nếu chênh lệch điện áp lớn hơn giới hạn cho phép có thể khắc phục bằng cách: . Nối các phân đoạn thành mạch vòng Hình 4.8 Sơ đồ hệ thống một thanh góp các phân đoạn nối mạch vòng  Tác dụng của việc nối mạch vòng là:  Giảm đƣợc tổn thất điện áp trên các kháng điện phân đoạn, làm cho chênh lệch điện áp giữa các phân đoạn bé  Khi có sự cố trên bất kỳ phân đoạn nào thì các phân đoạn còn lại cũng vẫn làm việc song song. . Sửa chữa DCL phân đoạn: sửa chữa DCL CLpd11. - Cắt các MC: MC1, MCpd1, MCtd1 và các MC đƣờng dây. - Cắt các DCL: CL11, CL1, CLpd12, CLtd1, CLpd42. - Thực hiện các biện pháp an toàn để sửa chữa CLpd11. Trang: 49 Bài giảng Nhà máy điện và trạm Sau khi sửa chữa xong, trình tự khôi phục lại sơ đồ: - Mở tất cả các điểm nối đất. - Đóng các dao cách ly: CL11, CL1, CLpd12, CLtd1, CLpd42. - Đóng các máy cắt: MCpd1, MCpd4, MCtd1. - Đóng máy cắt: MC1 (chú ý hoà đồng bộ). - Đóng các máy cắt đƣờng dây. . Khi có ngắn mạch sau kháng điện đƣờng dây: (N1) - BVRL sẽ tác động cắt các máy cắt: MC1, MCpd1, MCtd1 và các máy cắt đƣờng dây mà phía cuối đƣờng dây có nguồn. Sau đó nhân viên vận hành xử lý sự cố nhƣ sau: - Cắt tất cả các MC liên quan đến điểm ngắn mạch mà BVRL chƣa cắt. - Cắt dao cách ly CL1. - Đóng các máy cắt: MCpd1, MCpd4, MCtd1. - Đóng máy cắt: MC1 (chú ý hoà đồng bộ). - Thực hiện các biện pháp an toàn để sửa chữa sự cố. 4.2.3 Sơ đồ hệ thống hai thanh góp 4.2.3.1. Mô tả sơ đồ: Sơ đồ hai hệ thống TG gồm: - Hai TG đƣợc nối với nhau qua một máy cắt nối MCN và 2 DCL CLN1 và CLN2. - Mỗi mạch đƣợc nối vào hai hệ thống TG qua một máy cắt và hai DCL TG và một DCL đƣờng dây Trang: 50 Bài giảng Nhà máy điện và trạm Hình 4.9 Sơ đồ hệ thống hai thanh góp 4.2.3.2. Trạng thái vận hành: a. Trạng thái vận hành song song:  Là trạng thái vận hành trên cả hai TG. Lúc này máy cắt nối MCN ở trạng thái đóng.  Để vận hành kinh tế, ta phân bố đều nguồn và phụ tải trên cả hai TG. Giả thiết: B1, D1, D3 →TGI. B2, D2, D4 →TGII. Trạng thái sơ đồ nhƣ sau: - Các máy cắt ở trạng thái đóng: MC1, MC2, MC3, MC4, MC5, MC6, MCN. - Các DCL ở trạng thái đóng: CL11, CL22, CL31, CL42, CL51, CL62, CLN1, CLN2, CL13, CL23, CL33, CL43 . - Các DCL ở trạng thái cắt: CL12, CL21, CL32, CL41, CL52, CL61. b. Trạng thái vận hành trên một TG: Là trạng thái mà sơ đồ chỉ vận hành trên một TG. MCN ở trạng thái cắt. Trang: 51 Bài giảng Nhà máy điện và trạm - Các DCL TG nối với TG làm việc ở trạng thái đóng. - Các DCL nối với TG dự trữ ở trạng thái cắt. c. Lƣu ý: Trạng thái vận hành song song là trạng thái vận hành chủ yếu của sơ đồ, trạng thái vận hành độc lập chỉ sử dụng khi sửa chữa TG hoặc các DCL TG. 4.2.3.3. Thao tác sơ đồ: Giả thiết sơ đồ vận hành song song: - B1, D1, D3 → TGI. - B2, D2,D4 → TGII. a. Thao tác sửa chữa TG TGI: Trình tự thao tác nhƣ sau: - Chuyển các mạch đang làm việc trên TGI về làm việc trên TGII bằng cách:  Đóng các DCL: CL12, CL32, CL52.  Cắt các DCL: CL11, CL31, CL51. - Cắt máy cắt MCN và 2 DCL: CLN1, CLN2. - Thực hiện các biện pháp an toàn để tiến hành sửa chữa TGI.  Trình tự thao tác đƣa TGI vào trở lại làm việc nhƣ sau: - Tháo tất cả các điểm nối đất an toàn trên TGI. - Kiểm tra TGI:  Kiểm tra bằng mắt.  Kiểm tra bằng điện: + Đóng các DCL: CLN1, CLN2. + Đóng máy cắt MCN (t0 sec). Nếu TGI tốt thì MCN đóng thành công, tiếp tục thao tác nhƣ sau: - Đóng các DCL: CL11, CL31,CL51. - Cắt các DCL: CL12, CL32, CL52. b. Thao tác sữa chữa DCL TG: Sửa chữa CL11 - Chuyển các mạch đang làm viêc trên TGI về làm việc trên TGII (trừ DZ D1), bằng cách:  Đóng các DCL: CL32, CL52.  Cắt các DCL: CL31, CL51. Trang: 52 Bài giảng Nhà máy điện và trạm - Cắt máy cắt MCN và hai DCL: CLN1 và CLN2. - Cắt máy cắt MC1 và DCL: CL13. - Thực hiện các biện pháp an toàn để sửa chữa CL11. Nhƣ vậy đƣờng dây D1 sẽ bị mất điện trong suốt thời gian sửa chữa. c. Thao tác sữa chữa máy cắt: MC1 Hình 4.10 Sơ đồ sửa chữa máy cắt MC1 Chuyển tất cả các mạch đang làm việc trên TG1 về làm việc trên TG2 (trừ mạch MC1): - Đóng các DCL: CL32, CL52. - Cắt các DCL: CL31, CL51. - Cắt MCN và MC1. - Cắt các DCL: CL11, CL13. - Thực hiện các biện pháp an toàn để tháo máy cắt MC1. - Dùng dây nối tắt mạch máy cắt MC1. Trang: 53 Bài giảng Nhà máy điện và trạm - Tháo tiếp địa an toàn. - Đóng các DCL: CL13, CL11. - Chuyển BVRL của máy cắt MC1 cho MCN. - Đóng máy cắt MCN. Hình 4.11 Sơ đồ sử dụng máy cắt nối MCN thay thế máy cắt MC1 Nhƣ vậy đƣờng dây D1 vẫn đƣợc cấp điện (theo đƣờng gạch gạch) trong suốt thời gian sửa chữa MC1. d. Khôi phục sự làm việc của sơ đồ khi có ngắn mạch trên TG (N1): Trang: 54 Bài giảng Nhà máy điện và trạm Hình 4.12 Sơ đồ hệ thống hai thanh góp có ngắn mạch trên trên góp tại N1 Khi xảy ra ngắn mạch tại N1, BVRL tác động cắt máy cắt MC5 và các máy cắt mạch DZ nếu cuối DZ đó có nguồn (giả sử MC1). Nhân viên vận hành xử lý nhƣ sau: - Cắt tất cả các máy cắt nối vào TG TGI mà BVRL chƣa cắt: MC3. - Cắt tất cả các DCL nối vào TG TGI: CL11, CL31, CL51 - Đóng các DCL: CL12, CL32, CL52. - Đóng máy cắt: MC1, MC3, MC5. - Thực hiện các biện pháp an toàn để tiến hành sửa chữa TGI. 4.2.3.4. Ƣu nhƣợc điểm của sơ đồ: a. Ƣu điểm:  Có thể sửa chữa từng TG mà vẫn đảm bảo cho các mạch làm việc.  Khi sửa chữa DCL TG của một mạch bất kì thì chỉ có mạch đó bị mất điện.  Khi sửa chữa máy cắt của một mạch bất kì thì không phải ngừng lâu dài sự làm việc của mạch đó. Trang: 55 Bài giảng Nhà máy điện và trạm  Khi xảy ra ngắn mạch trên TG nào thì chỉ có các mạch nối vào TG đó tạm thời bị mất điện.  Sơ đồ vận hành khá linh hoạt. b. Nhƣợc điểm: Khi tiến hành bảo dƣỡng sửa chữa một TG, các mạch sẽ phải làm việc trên TG còn lại. Khi đó nếu xảy ra ngắn mạch trên TG này thì toàn bộ sơ đồ sẽ bị mất điện nên sẽ làm giảm độ tin cậy của sơ đồ. 4.2.4. Sơ đồ hai hệ thống thanh góp có thanh góp vòng 4.2.4.1. Mô tả sơ đồ Sơ đồ hệ thống hai thanh góp có thanh góp vòng là sơ đồ hai hệ thống thanh góp có thêm thanh góp vòng.  Thanh góp vòng đƣợc nối với 2 thanh góp làm việc qua MCV và 3 dao cách ly.  Mỗi một mạch đƣợc nối với thanh góp vòng qua một dao cách ly vòng. Hình 4.13 Sơ đồ hệ thống hai thanh góp có thanh góp vòng Trang: 56 Bài giảng Nhà máy điện và trạm 4.2.4.2. Trạng thái làm việc: Tƣơng tự sơ đồ 2 hệ thống thanh góp 4.2.4.3. Thao tác sửa chữa Giả thiết Hệ thống đang vận hành song song - B1, D1 làm việc trên TG1 - B2, D2 làm việc trên TG2 a. Sửa chữa MC1: Kiểm tra TGV  Bằng mắt  Bằng điện . Đóng DCL CLV1, CLV3 . Đóng MCV (t0) Nếu TGV tốt tiếp tục thao tác  Cắt MCV  Đóng DCL CL1V  Đóng MCV  Chuyển BVRL của MC1 cho MCV  Cắt MC1  Cắt các DCL CL11, CL13  Thực hiện biện pháp an toàn để sửa chữa MC1. b. Sửa chữa dao cách ly CL11 Chuyển các mạch làm việc trên TG1 về TG2 . Đóng các DCL: CL12, CL32 . Cắt các DCL: CL11, CL31 . Cắt MCN và CLN1, CLN2.  Kiểm tra TGV  Bằng mắt  Bằng điện . Đóng DCL CLV2, CLV3 . Đóng MCV (t0) . Nếu TGV tốt tiếp tục thao tác Trang: 57 Bài giảng Nhà máy điện và trạm . Cắt MCV . Đóng DCL CL1V . Đóng MCV . Chuyển BVRL của MC1 cho MCV . Cắt MC1 . Cắt các DCL CL12, CL13 . Thực hiện biện pháp an toàn để sửa chữa CL11. Khi số mạch ít có thể sử dụng một MCVN vừa làm nhiệm vụ MCV, vừa làm nhiệm vụ MCN. Khi sử dụng MCVN chỉ làm một nhiệm vụ, khi làm nhiệm vụ MCV thì không làm nhiệm vụ MCN và ngƣợc lại. Hình 4.14 Sơ đồ hệ thống hai thanh góp sử dụng máy cắt vòng nối MCVN c. Sửa chữa máy cắt MC2 Chuyển các mạch làm việc trên TG1 về TG2 . Đóng các DCL: CL12, CL32 . Cắt các DCL: CL11, CL31 . Cắt MCVN và CLV1, CLN. Trang: 58 Bài giảng Nhà máy điện và trạm  Kiểm tra TGV  Bằng mắt  Bằng điện . Đóng DCL CLV2, CLV3 . Đóng MCV (t0) Nếu TGV tốt tiếp tục thao tác  Cắt MCVN  Đóng DCL CL2V  Đóng MCVN  Chuyển BVRL của MC2 cho MCVN  Cắt MC2  Cắt các DCL CL22, CL23  Thực hiện biện pháp an toàn để sửa chữa MC2. Trang: 59 Bài giảng Nhà máy điện và trạm TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hạ Đình Trúc, “Giáo trình nhà máy điện”, Đại học Bách Khoa Đà Nẵng, 2008. [2] Trịnh Hùng Thám, Nguyễn Hữu Khái, Đào Quang Thạch, Lã Văn Út, Phạm Văn Hòa, Đào Kim Hoa,“Phần điện trong nhà máy điện và trạm biến áp”, NXB khoa hoc̣ và kỹ thuâṭ , Hà Nội, 1996. Trang: 60