Tập bài giảng Nhà máy điện và trạm biến áp (Phần 1)

đƣợc cung cấp bằng một đƣờng dây, có thể đƣợc xem là giai đoạn phát triển đầu của trạm và có thể biến thành sơ đồ b hay d trong các giai đoạn phát triển tiếp theo. 101 - Trạm rẽ nhánh là các trạm đƣợc nối với một hay hai đƣờng dây đi ngang qua trạm (c, d). Sơ đồ c cũng có thể đƣợc xem là giai đoạn đầu của trạm và trong giai đoạn phát triển tiếp theo có thể biến thành sơ đồ d và e. - Trạm xuyên là các trạm đƣợc nối với lƣới bằng cách nối vòng một đƣờng dây có hai nguồn cung cấp (e) hoặc hai đƣờng dây có hai nguồn cung cấp (h). Sơ đồ e cũng có thể biến thành sơ đồ g hay h trong các giai đoạn phát triển sau này của trạm. - Trạm nút là các trạm đƣợc nối với lƣới bằng ít nhất ba đƣờng cung cấp (g, h). Khác với trạm cụt và trạm rẽ nhánh, thanh cái phía cao áp của các trạm xuyên và trạm nút ngoài việc nhận điện từ nguồn để cung cấp cho phụ tải của trạm, còn có thể làm nhiệm vụ tải công suất giữa các phần của lƣới. Để tiến hành thiết kế các trạm biến áp giảm áp, công việc đầu tiên là cần sơ bộ xác định khu vực đặt trạm, phụ tải điện trong các thời kỳ tính toán, điện áp của các thiết bị phân phối, số lƣợng và hƣớng của các đƣờng dây ở các cấp điện áp, chủng loại và công suất của các thiết bị bù, trị số của dòng điện ngắn mạch Trong các trạm biến áp 35 – 750 kV thƣờng đặt một hay hai máy biến áp, tùy thuộc vào số cấp điện áp và cấp điện áp trong trạm mà ngƣời ta dùng máy biến áp hai dây quấn, ba dây quấn hoặc tự ngẫu. Việc chọn số lƣợng và công suất của các máy biến áp đƣợc trình bày trong chƣơng 1, phụ thuộc vào yêu cầu và độ tin cậy cung cấp điện, công suất phụ tải và sự biến thiên của nó, khả năng quá tải cho phép của các máy biến áp khi bình thƣờng và sự cố, vào cách thực hiện nguồn dự phòng. Việc đặt một máy biến áp chỉ cho phép đối với các hộ tiêu thụ có yêu cầu về độ tin cậy cung cấp điện không cao, công suất nhỏ. Trong trƣờng hợp ngƣợc lại nên dùng hai máy biến áp trong mỗi trạm. Khi công suất của trạm không lớn dùng máy biến áp ba pha sẽ có lợi hơn. Trƣờng hợp công suất của phụ tải lớn hoặc có những khó khăn về vận chuyển, vị trí đặt có thể dùng tổ máy biến áp một pha. Nếu số máy biến áp một pha trong trạm từ 6 trở lên, có thể đặt một pha dự phòng để giảm công suất đặt của các máy biến áp. Trƣờng hợp phụ tải của các trạm tăng dần hàng năm, thời kỳ đầu có thể đặt một máy biến áp nếu có nguồn cung cấp dự phòng từ các nguồn khác cho các phụ tải quan trọng. Các khí cụ điện và dây dẫn trong trạm cần phải kể đến sự phát triển của trạm trong tƣơng lai nhƣ việc đặt thêm các máy biến áp, tăng công suất nguồn, tăng công suất của phụ tải, tăng thêm đƣờng dây, đặt thêm các thiết bị bù Các yêu cầu cơ bản đối với sơ đồ nối điện chính của các trạm biến áp nhƣ sau : 102 - Các sơ đồ cần đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện của các hộ tiêu thụ trong các chế độ làm việc bình thƣờng, sửa chữa và sau sự cố khi có hay không có các nguồn dự trữ khác. - Sơ đồ cần phải đảm bảo độ tin cậy của việc truyền tải công suất trạm, từ điểm này của lƣới sang điểm điểm khác trong các chế độ bình thƣờng, sửa chữa và sau sự cố với các giá trị công suất yêu cầu đối với phần lƣới khảo sát. - Sơ đồ cần cho phép thao tác tự động hoặc bằng tay để phục hồi sự cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ một cách đơn giản, nhanh chóng và kinh tế khi có sự cố một phần tử nào đó. - Sơ đồ cần có tính đến sự phát triển : dễ dàng thực hiện việc phát triển trạm trong từng thời kỳ, không yêu cầu khối lƣợng công việc lớn, ít nhất thiết bị cần bổ sung thêm khi cấu trúc lại trạm, không làm gián đoạn cung cấp điện của các hộ tiêu thụ. - Có giá thành và chi phí vận hành thấp, an toàn cho ngƣời và thiết bị khi vận hành sửa chữa. Một trong những nguyên tắc quan trọng nhất của việc thiết kế trạm nhằm đảm bảo các yêu cầu về độ tin cậy và chi phí tính toán nhỏ là giải quyết một cách tổng hợp về cấu trúc của các loại trạm, nhất là các loại trạm đƣợc dùng nhiều trong các lƣới điện. Điều kiện cần thiết để đạt đƣợc mục tiêu trên là mẫu hóa các sơ đồ nối điện chính vì nó quyết định các giải pháp kinh tế - kỹ thuật và trang bị của trạm. Tất nhiên sơ đồ đƣợc chọn vẫn phải dựa trên cơ sở so sánh các phƣơng án có thể. Dƣới đây sẽ giới thiệu một số sơ đồ mẫu của các trạm biến áp. 2.4.2 Sơ đồ phía cao áp của trạm biến áp Trên hình 2.45 giới thiệu các sơ đồ mẫu của thiết bị phân phối 35 – 750 kV của các trạm biến áp. Trong các sơ đồ chỉ vẽ các máy biến áp hai cuộn dây, nhƣng cũng có thể hiểu là sơ đồ của một cấp điện áp nào đó của máy biến áp ba cuộn dây, tự ngẫu và máy biến áp có cuộn dây phân chia. - Các sơ đồ bộ đƣờng dây – máy biến áp 1 và 3 đƣợc dùng nhiều trong các trạm chỉ có một đƣờng dây và một máy biến áp, cũng là sơ đồ ở giai đoạn đầu của các trạm dùng sơ đồ bộ kép (hai đƣờng dây và hai máy biến áp). Sơ đồ 1 đƣợc dùng nhiều trong môi trƣờng có nhiều bụi bẩn, vì khi đó có lợi hơn cả là dùng sơ đồ có số thiết bị đóng mở ít nhất, hoặc đối với các trạm đƣợc cung cấp từ đƣờng dây có chiều dài ngắn. Sơ đồ 2 dùng cho các trạm có điện áp đến 35 kV loại trạm cụt hoặc rẽ nhánh để tách máy biến áp ra khỏi lƣới khi ngắn mạch trong máy biến áp. Sơ đồ 3 đƣợc dùng cho các trạm 35 – 220 kV khi cần tự động cắt máy biến áp bị hƣ hỏng ra khỏi đƣờng dây làm nhiệm vụ 103 cung cấp điện cho một số trạm. Sơ đồ 3 có thể phát triển thành sơ đồ 4, 5 và 6 trong giai đoạn phát triển tiếp theo của trạm. Với các trạm biến áp có hai đƣờng dây và hai máy biến áp, ngƣời ta có thể dùng sơ đồ bộ đơn giản 4 đối với các trạm cụt và rẽ nhánh điện áp 35 – 220 kV, sơ đồ gồm hai bộ đƣờng dây – máy biến áp nối với nhau qua dao cách ly tự động, cầu nối không tự động nối về phía đƣờng dây hoặc có cầu nối tự động về phía đƣờng dây (5). - Các sơ đồ cầu : Sơ đồ cầu đơn và sơ đồ cầu kép (mở rộng) đƣợc dùng nhiều trong các trạm xuyên, có máy cắt trong mạch cầu và dao cách ly tự động (hay máy cắt) trong mạch máy biến áp, cho phép gián đoạn việc vận chuyển công suất qua phía cao áp của trạm khi sửa chữa máy cắt hoặc sửa chữa đƣờng dây giữa. Song dùng các sơ đồ cầu sẽ gặp khó khăn khi cần tăng thêm số mạch của trạm. - Sơ đồ tứ giác : Sơ đồ 7 đƣợc dùng nhiều ở điện áp 220 kV khi không dùng đƣợc sơ đồ cầu 5. Đối với điện áp 330 kV, ngƣời ta dùng rộng rãi trong các trạm biến áp nối với lƣới bằng hai đƣờng dây. Khi đó ở giai đoạn đầu nếu mới có một đƣờng dây chỉ cần đặt ba máy cắt. Sơ đồ 8 dùng cho các trạm nút 220 – 330 kV có 3 hoặc 4 đƣờng dây. Máy biến áp nên đặt ở đƣờng dây có chiều dài ngắn. Ngƣợc lại cũng có thể dùng khi có hai đƣờng dây và 4 máy biến áp. Trong trƣờng hợp này ở các mạch máy biến áp nối với đƣờng dây nên dùng dao cách ly tự động nếu điện áp là 220 kV và dao cách ly nếu điện áp là 330 kV. 104 Hình 2.45: Sơ đồ mẫu của các trạm biến áp phía cao áp 105 Hình 2.46: Sơ đồ phía hạ áp của các trạm biến áp - Sơ đồ một thanh góp và hai thanh góp : các sơ đồ 9 ÷ 14 đƣợc dùng nhiều ở các cấp điện áp 110 – 330 kV. Sơ đồ 14 chỉ đƣợc sử dụng khi có nhiều mạch (≥ 15) công suất lớn ở điện áp 110 – 220 kV. - Sơ đồ máy biến áp – thanh góp (15 ; 16) và sơ đồ một rƣỡi 17 đƣợc dùng nhiều đối với các thiết bị phân phối điện áp 330 – 750 kV và các trạm biến áp 750/330 kV ; 1150/500 kV. 106 2.4.3 Sơ đồ phía hạ áp của trạm biến áp Sơ đồ thiết bị phân phối điện 6, 10 và 22 kV đƣợc giới thiệu trên hình 2.37 Sơ đồ một thanh góp có phân đoạn đƣợc sử dụng khi có hai máy biến áp không có cuộn dây phân chia về hai phía hạ áp, có (2) hoặc không có (1) kháng điện đơn. Sơ đồ một thanh góp nhiều phân đoạn đƣợc dùng khi có máy biến áp có cuộn dây phân chia (4) hoặc kháng điện phân chia (3 và 5). Các máy bù đồng bộ (MB) đƣợc nối trực tiếp với cuộn hạ áp của máy biến áp và đƣợc khởi động qua kháng điện 2. Các tụ điện tĩnh (TĐT) thƣờng đƣợc nối với các phân đoạn thanh góp ở phía hạ áp. 2.5 Điện tự dùng trong nhà máy điện và trạm biến áp 2.5.1 Khái quát chung Điện tự dùng (TD) là một phần rất quan trọng trong NMĐ và TBA. Các sự cố trong hệ thống tự dùng của các NMĐ có thể dẫn đến sự phá hoại sự làm việc bình thƣờng một phần hoặc toàn bộ nhà máy, đôi khi còn phát triển thành sự cố của HTĐ. Do vậy, sơ đồ nối điện tự dùng cần thực hiện sao cho có độ tin cậy cao, đảm bảo cung cấp điện đầy đủ cho các cơ cấu tự dùng quan trọng trong mọi chế độ làm việc. Mặt khác cũng yêu cầu hệ thống tự dùng phải đơn giản, linh hoạt, giá thành hạ, chi phí vận hành thấp, dễ vận hành Trong các NĐ, hệ thống điện tự dùng cung cấp điện cho việc chế biến, truyền tải nhiên liệu, thải xỉ, xử lý nƣớc kỹ thuật, cung cấp nƣớc vào lò, nƣớc tuần hoàn, hệ thống làm mát, quạt gió, quạt khói, thắp sáng, điều khiển, tín hiệu, sửa chữa thiết bịTrong các TĐ điện tự dùng phục vụ cho việc cấp nƣớc, nén khí, làm mát máy biến áp, máy phát điện, thông gió, thắp sáng, điều khiển, tín hiệu Bảng 2.1 Hệ số tự dùng cực đại tính theo % công suất đặt của nhà máy và trạm. Loại NMĐ và TBA Ptdmax/ Pd NĐN : - Chạy than - Chạy dầu, khí NĐR : 6 – 6 3 – 5 107 - Chạy than - Chạy dầu, khí NT : - Môi chất khí - Môi chất hơi nƣớc TĐ : - Trung bình và nhỏ - Công suất lớn TBA : - Trạm cụt - Trạm nút 8 – 14 5 – 7 5 – 14 5 – 8 2 – 3 1 – 0,5 50 – 200 kW 200 – 500 kW Công suất tự dùng phụ thuộc vào loại NMĐ và TBA, dạng nhiên liệu sử dụng, công suất các tổ lò máyBảng 2.1 đƣa ra hệ số tự dùng cực đại tính theo phần trăm công suất đặt của nhà máy và trạm. Điện tự dùng trong các NMĐ và TBA thƣờng gồm hai phần : điện xoay chiều và điện một chiều. Trong phần này chỉ đề cập đến vấn đề cung cấp điện xoay chiều. Điện một chiều sẽ đƣợc đề cập đến trong các chƣơng tiếp sau. Khi thiết kế hệ thống điện tự dùng cần biết các cơ cấu tự dùng, công suất, chủng loại và số lƣợng của chúng, đặc tính làm việc của mỗi thiết bị tự dùng. Các phụ tải tự dùng đƣợc phân làm hai loại : quan trọng và không quan trọng. Phụ tải tự dùng quan trọng là các cơ cấu khi ngừng làm việc có thể dẫn đến phá hoại sự làm việc bình thƣờng hay sự cố trong NMĐ và TBA. Các phụ tải loại này yêu cầu đƣợc cung cấp điện một cách tin cậy. Các phụ tải còn lại đƣợc coi là các phụ tải không quan trọng, tùy theo từng cơ cấu có thể cho phép mất điện trong một khoảng thời gian lâu hơn. Phần lớn các phụ tải tự dùng là các động cơ điện không đồng bộ rôto lồng sóc, khởi động trực tiếp. Đối với cơ cấu có tốc độ chậm và có công suất lớn, ngƣời ta còn sử dụng các động cơ đồng bộ. Các cơ cấu cần điều chỉnh tốc độ quay trong một phạm vi rộng, ngƣời ta sử dụng các động cơ điện một chiều và các động cơ không đồng bộ có thiết bị biến đổi bằng tiristor trong mạch stato. 108 Ở các NMĐ thƣờng có hai cấp điện áp tự dùng : cao áp 6 hay 10 kV và hạ áp 0,4 kV. Trong một số trƣờng hợp ngƣời ta còn sử dụng điện áp 660 V. Trong các nhà máy NĐ và NT, thƣờng ngƣời ta sử dụng điện áp cao 6 kV. Đối với nhà máy công suất trung bình có điện áp máy phát 10 kV, cũng có thể sử dụng điện áp cao 3 kV. Trong NĐN và NT có các tổ máy công suất lớn, các cơ cấu tự dùng của chúng cúng sẽ lớn nên ngƣời ta còn sử dụng điện áp 10 kV. Ở các TĐ, các cơ cấu tự dùng chính thƣờng ở điện áp 0.4 kV. Ngoài ra có thể một số cơ cấu lớn đƣợc cung cấp từ lƣới 6 hay 10 kV. Ở các trạm biến áp, điện áp tự dùng là 0.4 kV. Khi chọn điện áp tự dùng cần chú ý rằng các động cơ có điện áp định mức thấp, lại có các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật tốt hơn đôi chút so với các động cơ cùng công suất nhƣng có điện áp định mức cao hơn. Mặt khác, khi điện áp tự dùng cao sẽ làm cho dòng điện trong mạch nhỏ, làm cho tiết diện cáp cần chọn nhỏ đi ; dòng ngắn mạch trong hệ thống tự dùng cũng nhỏ, các cơ cấu tự dùng khởi động dễ dàng hơn. Trong hệ thống tự dùng, ở tất cả các cấp điện áp ngƣời ta thƣờng chỉ dùng sơ đồ một thanh góp có phân đoạn. Mỗi phân đoạn cung cấp cho các cơ cấu tự dùng của một phần tử chính ( lò hơi ở NĐ và tổ máy thủy điện TĐ) ở điện áp 6 – 10 kV và 0.4 kV. Nguồn tự dùng làm việc và dự phòng đƣợc lấy từ các nguồn độc lập khác nhau. Công suât giới hạn của máy biến áp tự dùng 6 – 10/0,4 kV đƣợc lấy là 1000 kVA với điện áp ngắn mạch 8%. Khi công suất máy biến áp nhỏ hơn, điện áp ngắn mạch có thể lấy 4.5 đến 5%. Trong các mạch động cơ và các đƣờng dây cung cấp 0.4 kV sử dụng aptômat. Cầu chì chỉ đƣợc sử dụng trong mạch chiếu sáng, các động cơ không quan trọng, không liên quan đến quá trình công nghệ chính (sửa chữa, phòng thí nghiệm). Để cung cấp điện cho hệ thống tự dùng, ngƣời ta sử dụng các nguồn tự dùng khác nhau. Trƣớc đây ngƣời ta hay dùng các máy phát điện riêng để cung cấp cho tự dùng và lƣới điện tự dùng làm việc hoàn toàn độc lập đối với lƣới điện chính hay bị sự cố. Song phƣơng án này có nhiều nhƣợc điểm quan trọng là giá thành cao ; do công suất của máy phát điện tự dùng nhỏ nên hạn chế khả năng tự mở máy của các động cơ Do vậy, nó chỉ còn thích hợp đối với các nhà máy làm việc độc lập. Hiện nay, hầu hết các NMĐ đều lấy điện tự dùng từ các máy phát điện chính. Ƣu điểm chính của phƣơng pháp cung cấp điện tự dùng này là : - Đảm bả độ tin cậy cung cấp điện cao cho các phụ tải tự dùng, đặc biệt trong trƣờng hợp nhà máy điện làm việc song song với hệ thống. Vì rằng trong 109 trƣờng hợp này việc cung cấp điện cho tự dùng vẫn đƣợc đảm bảo ngay cả khi ngừng toàn bộ máy phát của NMĐ ; - Việc thực hiện đơn giản, giá thành hạ ; - Vận hành thuận tiện, chi phí vận hành nhỏ ; - Có thể sử dụng các động cơ không đồng bộ công suất lớn kiểu roto lồng sóc, khởi động trực tiếp. Song phƣơng án cung cấp điện tự dùng từ các máy phát điện chính cũng có nhƣợc điểm là sự giảm điện áp trong lƣới điện tự dùng khi sự cố ngắn mạch trong lƣới điện chính ; lƣới điện chính khá phức tạp nên có nhiều sự cố. Do vậy cần có các biện pháp để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho hệ thống tự dùng nhƣ cung cấp điện cho tự dùng bằng cách dùng ít nhất hai nguồn cung cấp độc lập: hai máy biến áp, hai đƣờng dây hoặc hai kháng điện. Khi cắt một trong các nguồn cung cấp sẽ không làm cho việc cung cấp điện cho các cơ cấu tự dùng bị phá hoại. Để thực hiện điều đó, ngƣời ta dùng các nguồn cung cấp điện tự dùng dự phòng. Có hai phƣơng pháp thực hiện dự phòng cho tự dùng là dự trữ hở (lạnh) và dự trữ kín (nóng). Dự trữ hở đƣợc thực hiện bằng cách sử dụng các nguồn dự phòng riêng, khi bình thƣờng không làm việc và có thể làm nhiệm vụ dự trữ cho một số nguồn làm việc. Nguồn dự phòng đƣợc đƣa vào thay thế nguồn làm việc khi vì một lý do nào đó, nguồn tự dùng chính không làm việc đƣợc. Công suất của nguồn dự phòng đƣợc tính toán với công suất lớn nhất mà nó cần cung cấp, phụ thuộc vào sơ đồ nối điện chính và sơ đồ tự dùng, nhƣng không nhỏ hơn nguồn tự dùng chính có công suất lớn nhất. Khi sự cố nguồn tự dùng chính, cần đƣa nguồn tự dùng dự phòng vào làm việc một cách tự động (hình 2.47a) Khi thực hiện dự trữ kín (hình 2.47b), công suất mỗi nguồn tự dùng đƣợc chọn sao cho không những đảm bảo cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ mà nó phải cung cấp khi bình thƣờng, mà còn cho cả các phụ tải khác mà nó cần cung cấp khi một trong các nguồn cung cấp khác bị sự cố. Nhƣ vậy, khi làm việc bình thƣờng các nguồn tự dùng làm việc non tải. Ví dụ nhƣ sơ đồ hình b(hình 2.47). Khi bình thƣờng mỗi máy biến áp chỉ làm việc với khoảng 50 đến 70% công suất của nó, máy cắt phân đoạn ở vị trí mở. Khi có một nguồn bị sự cố, máy biến áp sẽ đƣợc tự động tách ra, máy cắt phân đoạn đƣợc tự động đóng vào để máy biến áp còn lại cung cấp điện cho cả hai phân đoạn. Nhƣợc điểm của phƣơng án này là hiệu suất của các nguồn không cao do bình thƣờng phải làm việc non tải nên chỉ đƣợc dùng khi có ít phân đoạn (thƣờng là có hai phân đoạn). 110 Hình 2.47: Các phương pháp dự trữ điện tự dùng Việc chọn phƣơng án dự trữ có lợi nhất trong mỗi trƣờng hợp cụ thể cần dựa trên cơ sở so sánh kinh tế - kỹ thuật các phƣơng án. Thông thƣờng khi có nhiều nguồn làm việc ngƣời ta sử dụng phƣơng án dự phòng hở, khi số phân đoạn tự dùng nhiều có thể phải dùng đến hai hay ba nguồn dự phòng. Việc phân đoạn thanh góp tự dùng thành nhiều phân đoạn làm tăng độ tin cậy cung cấp điện cho các cơ cấu tự dùng. Ở các nhà máy điện quan trọng, số phân đoạn đƣợc phân theo số lò, khi đó các động cơ của mỗi lò đƣợc nối với một phân đoạn thanh góp tự dùng. Các động cơ còn lại đƣợc phân bố cho tất cả các phân đoạn sao cho phụ tải phân bố đều giữa chúng và khi hƣ hỏng trên một phân đoạn bất kỳ không ảnh hƣởng đến các phần tử khác. Đối với nhà máy công suất lớn, mỗi phân đoạn thanh góp tự dùng lại có thể phân thành hai phân đoạn nhỏ bằng các dao cách ly. Trong trƣờng hợp này các cơ cấu kép của mỗi tổ máy (nghiền than, quạt gió, quạt khói) đƣợc nối với các phân đoạn nhỏ khác nhau để nâng cao độ tin cậy của sơ đồ. Các thanh góp tự dùng không có các cơ cấu tự dùng quan trọng nối với nó có thể không phân đoạn theo số lò. Nhƣng số phân đoạn của thanh góp này không đƣợc nhỏ hơn 2. Trong các nhà máy điện có nhiều cấp điện áp tự dùng, thanh góp của mỗi cấp điện áp cũng đƣợc phân đoạn theo nguyên tắc đã nêu. Khi mỗi lò có hai phân đoạn tự dùng, mỗi phân đoạn có thể đƣợc cung cấp từ các nguồn riêng (hình 2.49a) hoặc một nguồn chung (2.49b, c). Sơ đồ dùng các nguồn cung cấp điện riêng có ƣu điểm là giảm đƣợc dòng điện ngắn mạch và giảm đƣợc ảnh hƣởng của ngắn mạch đến các phân đoạn khác. Sơ đồ dùng nguồn cung cấp chung giảm đƣợc vốn đầu tƣ cho thiết bị, song trong trƣờng hợp này để hạn chế dòng ngắn mạch về phía hạ áp ngƣời ta dùng máy biến áp có cuộn dây phân chia (hình 2.49c). 111 Hình 2.48: Sơ đồ một số phương án cung cấp điện tự dùng Nhƣ đã nói ở trên, hiện nay ở tất cả các điện áp tự dùng ngƣời ta thƣờng thực hiện sơ đồ một thanh góp, vì rằng theo kinh nghiệm vận hành hƣ hỏng các thanh góp khác, rẻ tiền, tránh đƣợc những thao tác phức tạp để giảm sự cố do thao tác nhầm lẫn. Song nhƣợc điểm của nó là khi sự cố trên một phân đoạn nào đó thì tổ máy có các cơ cấu tự dùng chính nối với nó sẽ phải tạm ngừng hoạt động. Còn việc sửa chữa, bảo quản các phân đoạn sẽ đƣợc tiến hành đồng thời trong thời kỳ sửa chữa, bảo dƣỡng các tổ máy tƣơng ứng. Sơ đồ một thanh góp cho phép dễ dàng dùng các thiết bị trọn bộ và xác suất ngắn mạch trên thanh góp của các thiết bị này là rất nhỏ. Dựa trên các nguyên tắc đã nêu, ngƣời ta xây dựng các sơ đồ tự dùng cho từng loại nhà máy. Trong các phần dƣới đây sẽ giới thiệu các sơ đồ đƣợc dùng nhiều trong các NMĐ và TBA. 2.5.2 Sơ đồ tự dùng trong nhà máy điện 1. Sơ đồ tự dùng trong nhà máy nhiệt điện ngƣng hơi Các phụ tải tự dùng của NĐN đƣợc chia thành tự dùng riêng cho từng bộ và tự dùng chung cho toàn nhà máy. Phụ tải tự dùng riêng của mỗi bộ đƣợc cung cấp từ các máy biến áp tự dùng riêng, lấy rẽ nhánh từ đầu cực máy phát tƣơng ứng. Phụ tải tự dùng không nhất thiết phải phân theo số bộ, nhƣng tối thiểu là hai phân đoạn. Đối với các tổ máy công suất lớn, tự dùng chung cũng có thể phân bố đều cho mỗi bộ. Tự dùng riêng của các bộ đƣợc lấy rẽ nhánh từ giữa máy phát và máy biến áp tăng áp. Khi công suất các bộ từ 160 MW trở lên, tự dùng riêng 6 kV của mỗi bộ đƣợc phân thành hai phân đoạn. Các bộ đến 120 MW, số phân đoạn tự dùng riêng đƣợc phân theo số lò, mỗi lò một phân đoạn. Nguồn cung cấp điện dự phòng của các phân đoạn đƣợc thực hiện tự động từ các đƣờng dây dự phòng trục chính 6kV. Các đƣờng dây này đƣợc cung cấp từ các máy biến áp dự phòng. Đƣờng dây dự phòng trục chính đƣợc phân đoạn bằng máy cắt, mỗi phân đoạn tƣơng ứng với hai hoặc ba bộ và có máy cắt ở đầu ra của máy biến áp dự phòng. Khi các bộ không có máy cắt ở đầu cực máy phát, số máy biến áp dự phòng là 1 khi số bộ không quá 2 ; số máy biến áp dự phòng là 2 112 khi số bộ 3 đến 6 và là 3 khi số bộ lớn hơn 6 (khi có hai máy biến áp dự phòng, một máy không đƣợc nối với nguồn, nhƣng sẵn sàng đƣợc nối vào làm việc). Tùy theo công suất của các tổ máy và toàn nhà máy mà trong nhà máy có thể có hai hay nhiều phân đoạn tự dùng 0.4 kV. Đối với bộ công suất lớn, mỗi bộ có thể có đến hai phân đoạn tự dùng 0.4 kV. Mỗi phân đoạn 0.4 kV có một nguồn cung cấp làm việc và đƣợc nối với một nguồn dự phòng, đƣợc đƣa vào làm việc tự động. Nguồn làm việc của phân đoạn 0.4 kV của mỗi bộ đƣợc lấy từ các phân đoạn 6 kV tƣơng ứng của nó qua máy biến áp 6/0.4 kV. Nguồn dự phòng đƣợc lấy từ các phân đoạn 6 kV của các bộ khác. Hình 2.49a,b,c: Sơ đồ tự dùng 6 kV của nhà máy NĐN Có hai sơ đồ khác nhau về nguyên tắc trong việc cung cấp và dự trữ cho các hộ tiêu thụ điện tự dùng đối với các nhà máy có và không có máy cắt ở đầu cực máy phát. Hình 2.49a giới thiệu sơ đồ tự dùng của một nhà máy điện có hai phân đoạn tự dùng 113 cho một bộ, nguồn cung cấp là các máy biến áp tự dùng nối rẽ nhánh từ đầu cực máy phát ; nguồn cung cấp điện dự phòng lấy từ đƣờng dây dự phòng trục chính 6 kV có nguồn cung cấp là các máy biến áp tự dùng khởi động – dự trữ. Công suất của các máy biến áp tự dùng làm việc đƣợc chọn theo công suất phụ tải của bộ có kể đến phần phụ tải chung của nhà máy đƣợc nối vơi các phân đoạn của bộ. Nếu phụ tải tự dùng chung chỉ đƣợc nối với các phân đoạn tự dùng của hai bộ đầu tiên thì công suất của các máy biến áp tự dùng của chúng có thể có công suất lớn hơn công suất của các máy biến áp tự dùng của các bộ còn lại. Các máy biến áp tự dùng chính trong sơ đồ này không đảm bảo đƣợc việc cung cấp cho tự dùng của các bộ khi khởi động hoặc dừng máy. Do vậy, cần có các máy biến áp tự dùng khởi động – dự trữ, mỗi máy có thể làm nhiệm vụ thay thế cho một máy biến áp làm việc của một bộ và đồng thời cung cấp điện cho việc khởi động hoặc dừng sự cố một bộ khác. Các máy biến áp dự phòng đƣợc nối với lƣới điện áp thấp trong các cấp điện áp tăng cao của nhà máy ; với cuộn dây thứ ba của các máy biến áp tự ngẫu hoặc với các nguồn cung cấp độc lập khác, chúng cũng có thể đƣợc nối rẽ nhánh từ các bộ có máy cắt ở điện áp máy phát (hình 2.50). Hình 2.50: Sơ đồ tự dùng 0,4 kV của NĐN có các bộ 300 MW 114 Các máy biến áp dự phòng cần đảm bảo việc tự mở máy của các động cơ của các cơ cấu tự dùng quan trọng (cho phép cắt các cơ cấu tự dùng không quan trọng để khởi động sau) khi kể đến thời gian dán đoạn cung cấp điện đến 2.5 giây, bằng thời gian tác động của bảo về rơle, thời gian cắt của máy cắt và thời gian tác động của thiết bị tự động đóng nguồn dự phòng (TĐD). Trong thực tế, công suất của các máy biến áp tự dùng khởi động – dự trữ đƣợc chọn lớn hơn công suất của các máy biến áp tự dùng chính một cấp. Điện áp ngắn mạch UN% của các máy biến áp tự dùng thƣờng chọn lớn để hạn chế dòng ngắn mạch trong mạng nhằm đảm bảo khả năng cắt của máy cắt và ổn định nhiệt của cáp. Khi xác định dòng ngắn mạch cần phải kể đến thành phần dòng điện do các động cơ tự dùng cung cấp. Trên sơ đồ c (hình 2.50), ở các mạch máy phát có đặt các máy cắt nên các máy biến áp tự dùng làm việc có thể đảm bảo việc khởi động và dừng các tổ máy của bộ tƣơng ứng. Vì vậy công suất của các máy biến áp tự dùng làm việc và dự phòng đƣợc chọn giống nhau. Phƣơng án cung cấp điện cho tự dùng ở hình 2.53c có những ƣu điểm nhất định về kỹ thuật so với sơ đồ trên hình 2.53a. Sơ đồ tự dùng phía 0.4 kV cũng có những yêu cầu rất cao về độ tin cậy cung cấp điện. Sơ đồ nguyên tắc của tự dùng 0.4 kV của các bộ công suất lớn (300MW) cho trên hình 2.51. Trong sơ đồ không vẽ các dao cách ly và cầu dao. Ở các nhà máy điện nối theo sơ đồ bộ, hệ thống điện tự dùng dự phòng cho các phân đoạn 0.4 kV cũng cần đảm bảo sự khởi động của các động cơ quan trọng 0.4 kV cũng nhƣ cung cấp điện cho các phƣơng tiện cứu hỏa và chiếu sáng trong trƣờng hợp mất điện tự dùng 6 - 10 kV của bộ dự phòng. 2. Sơ đồ tự dùng của nhà máy nhiệt điện rút hơi Trong các NĐR, thiết bị phân phối điện tự dùng 6 – 10 kV cũng dùng sơ đồ một thanh góp có phân đoạn theo số lò. Ở các NĐR kiểu hỗn hợp, một phần không nối bộ (có liên hệ ngang về hơi) và một phần nối bộ, số phân đoạn trong phần không nối bộ đƣợc lấy bằng số lò, trong phần còn lại lấy giống nhƣ ở NĐN, nghĩa là 1 đến 2 phân đoạn cho một bộ tùy thuộc vào công suất của bộ. Các máy biến áp tự dùng làm việc của phần không nối bộ (nối vào thanh góp điện áp máy phát) đƣợc lấy từ TGF, phần nối bộ đƣợc lấy rẽ nhánh từ các bộ tƣơng ứng. Nguồn cung cấp điện dự phòng cho tự dùng đƣợc lấy từ TGF hoặc rẽ nhánh từ máy biến áp liên lạc. Số máy biến áp tự dùng dự phòng hay kháng điện tự dùng của dự phòng (với các NMĐ có điện áp tự dùng bằng điện áp của máy phát) ở các NĐR có liên hệ ngang về hơi là 1 đối với 6 máy biến áp hay kháng điện tự dùng chính. Khi đó số máy biến áp hay kháng điện tự dùng làm việc nối với mỗi phân đoạn TGF không vƣợt quá 2. Các nguồn làm việc và dự phòng đƣợc nối với các phân đoạn thanh góp khác nhau. Nếu 115 TGF là sơ đồ hai thanh góp, nguồn dự phòng cùng với máy biến áp liên lạc có thể nối với thanh góp dự phòng. Trong trƣờng hợp TGF là sơ đồ một thanh góp, nguồn dự phòng đƣợc lấy rẽ nhánh từ máy biến áp liên lạc (hình 2.42b). Các máy biến áp tự dùng chính cần đảm bảo cung cấp điện đầy đủ cho các phụ tải của phân đoạn tƣơng ứng. Công suất của các nguồn dự phòng đƣợc chọn nhƣ sau : - Khi các nguồn làm việc và dự phòng đều đƣợc cung cấp từ các phân đoạn TGF có một nguồn làm việc (hình 2.42a), công suất của nguồn dự phòng đƣợc chọn không nhỏ hơn công suất của nguồn tƣơng tự dùng làm việc lớn nhất. - Khi các nguồn tự dùng làm việc và dự phòng đƣợc lấy từ các phân đoạn TGF có hai nguồn làm việc, công suất của nguồn dự phòng cần chọn bằng công suất của nguồn tự dùng làm việc lớn nhất. - Khi các nguồn tự dùng làm việc đƣợc lấy rẽ nhánh từ các bộ không có máy cắt ở đầu cực máy phát, công suất của nguồn dự phòng cần chọn đủ lớn để có thể thay thế cho một nguồn tự dùng làm việc lớn nhất và đồng thời khởi động hay dừng một lò hoặc tuabin (hình 2.53a, b). 116 Hình 2.51 a, b : Sơ đồ tự dùng của NĐR a)NĐR có liên hệ ngang về hơi ; b) NĐR kiểu hỗn hợp - Khi các nguồn tự dùng làm việc đƣợc lấy rẽ nhánh từ các bộ có máy cắt ở đầu cực máy phát (hình 2.53c), công suất của nguồn tự dùng dự phòng lấy bằng công suất của nguồn làm việc lớn nhất. Trong các NĐR, mỗi lò (hoặc mỗi tuabin - trƣờng hợp số tuabin lớn hơn số lò) dùng một phân đoạn tự dùng 0.4 kV ; khi công suất lớn có thể dùng hai phân đoạn. Khi phần nhiệt cũng nối theo sơ đồ bộ cần hai phân đoạn 0.4 kV cho một bộ. Tự dùng chung cho toàn nhà máy có thể phân bố đều cho các phân đoạn 0.4 kV hoặc có các phân đoạn tự dùng chung riêng có 0.4 kV, nhƣng không nhỏ hơn hai phân đoạn. Nguồn dự phòng cho các phân đoạn 0.4 kV cần đảm bảo sự tự khởi động cho các động cơ quan trọng và cung cấp điện tin cậy cho các thiết bị phòng hỏa, chiếu sáng sự cố khi mất điện ở phía 6 – 10 kV. Với nhà máy có các máy phát công suất lớn, các phân đoạn 0.4 kV của các bộ đƣợc phân đoạn tự động thành 2 nửa phân đoạn, các phụ tải quan trọng đƣợc nối với một trong chúng. Khi mất điện áp 0.4 kV lâu dài, bảo vệ điện áp thấp sẽ cắt phân đoạn có các phụ tải không quan trọng ra, còn phân đoạn có các phụ tải quan trọng đƣợc nối tự động với nguồn dự phòng. Cứ 6 máy biến áp tự dùng làm việc 6/0.4 kV có một máy biến áp dự phòng. 117 Trên hình 2.42 trình bày các ví dụ về sơ đồ tự dùng của NĐR. 3. Sơ đồ tự dùng của nhà máy điện nguyên tử (NT) Trong nhà máy điện NT, các cơ cấu tự dùng, công suất và năng lƣợng tiêu thụ của chúng phụ thuộc vào loại nhà máy và các thông số của thiết bị chính. Các phụ tải tự dùng của nhà máy điện NT đƣợc phân theo yêu cầu về độ tin cậy cung cấp điện nhƣ sau : - Phụ tải loại 1 : Là các nhóm phụ tải thuộc hệ thống điều khiển và bảo vệ của lò phản ứng, hệ thống các dụng cụ kiểm tra, đo lƣờng và thiết bị tự động của lò phản ứng, chiếu sáng sự cố, bơm dầu bằng dòng điện một chiều của tuabin, máy phát Theo các điều kiện về an toàn, sự gián đoạn cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ loại này chỉ cho phép vài phần giây trong tất cả các chế độ làm việc, kể cả chế độ mất điện hoàn toàn điện áp xoa chiều từ các nguồn làm việc và dự phòng của tự dùng. Các hộ tiêu thụ loại này yêu cầu nhất thiết phải có nguồn cung cấp sau khi khởi động bảo vệ sự cố của lò phản ứng. - Phụ tải loại 2 : Là các nhóm phụ tải thuộc các cơ cấu làm lạnh lò phản ứng , hệ thống thông gió các tòa nhà của mạch vòng đầu tiên, bơm dầu bằng dòng điện xoay chiều của tuabin, máy phát. Sự gián đoạn cung cấp điện đƣợc xác định bởi các điều kiện về an toàn, phụ thuộc vào loại lò phản ứng về hệ thống công nghệ, nói chung chỉ cho phép mất điện trong khoảng 10 giây đến 10 phút. Các hộ tiêu thụ này cũng yêu cầu nhất thiết phải có nguồn cung cấp điện sau khi khởi động bảo vệ của lò phản ứng. Để cung cấp điện cho các phụ tải loại 1 và 2 nhƣ đã nói trên, cần một hệ thống cung cấp điện tự dùng đặc biệt tin cậy, có số phân đoạn bằng số hệ thống an toàn. Trong chế độ làm việc bình thƣờng, các phụ tải xoay chiều đƣợc cung cấp từ lƣới điện tự dùng chung của nhà máy điện NT, các phụ tải một chiều đƣợc cung cấp từ các tổ acqui. Trong các chế độ sự cố. Khi mất nguồn cung cấp từ lƣới điện tự dùng chung, tất cả các phụ tải loại 1 đƣợc cung cấp từ các tổ acqui hoặc trực tiếp hoặc qua các thiết bị biến đổi đặc biệt – các tổ động cơ – máy phát ngƣợc hay các chỉnh lƣu. Các phụ tải loại 2 trong các chế độ sự cố đƣợc đảm bảo cung cấp điện từ các máy phát điêzon hoặc các thiết bị tuabin khí có bộ phận khởi động tự động tác động nhanh đặt gần nhà máy. 118 Hình 2.52. Sơ đồ tự dùng của nhà máy điện nguyên tử a) ới lò phản ứng nƣớc - nƣớc ; b) Với lò phản ứng nƣớc graphit 119 Phụ tải loại 3 : Là các bơm nƣớc tuần hoàn và hệ thống nén khí. Các phụ tải này thƣờng là các phụ tải công suất lớn nhƣng không yêu cầu độ tin cậy cung cấp điện cao nhƣ các phụ tải loại 1 và 2, cho phép gián đoạn cung cấp điện trong thời gian tác động của tự động đóng nguồn dự phòng và không yêu cầu nhất thiết phải có nguồn cung cấp sau khi khởi động bảo vệ sự cố của lò phản ứng. Trên hình 2.52 giới thiệu hai sơ đồ tự dùng của nhà máy điện NT. Để đảm bảo cung cấp điện cho tự dùng, ngƣời ta dùng ba loại nguồn cung cấp với công suất 100%, gồm các máy biến áp tự dùng làm việc và dự phòng, để đảm bảo cung cấp điện cho các phụ tải loại 1 và 2, còn có các nguồn một chiều của acqui cùng với các tổ máy phát thuận nghịch, các máy phát điện điêzen và các nguồn phát khác Hình 2.53. Sơ đồ tự dùng của nhà máy điện Nguyên Tử c) Sơ đồ cung cấp cho hệ thống điều khiển và bảo vệ của lò phản ứng. Các bơm tuần hoàn có công suất lớn nên đƣợc sử dụng ở điện áp 6 kV. Thanh cái 6kV đƣợc phân đoạn theo số lƣợng các động cơ bơm tuần hoàn sao cho khi một phân đoạn không làm việc vẫn không làm cho bảo vệ sự cố của lò phản ứng khởi động và theo số lƣợng, công suất của máy biến áp tự dùng làm việc. Với một phân đoạn 6kV không đƣợc nối quá hai động cơ bơm tuần hoàn khi có 6 bơm tuần hoàn cho một bộ và không quá một bơm tuần hoàn khi mỗi bộ không quá 4 bơm tuần hoàn. Với mỗi lò, số phân đoạn 6 kV không đƣợc nhỏ hơn 2. Các máy biến áp tự dùng làm việc đƣợc mắc rẽ nhánh từ cực máy phát của bộ, đủ cung cấp cho phụ tải của nó (kể cả phần tự dùng chung) mà không bị quá tải. Các máy 120 biến áp tự dùng dự phòng của lƣới 6 kV đƣợc nối với thanh góp của thiết bị phân phối có điện áp thấp nhất trong các cấp điện áp tăng cao của nhà máy hoặc với các nhà máy điện hay trạm biến áp ở gần. Số máy biến áp dự phòng cũng đƣợc chọn giống nhƣ ở các NĐN. Công suất của các máy biến áp dự phòng cần đảm bảo thay thế cho một máy biến áp làm việc của một bộ và đồng thời khởi động hay dừng một bộ khác khi không có máy cắt ở đầu cực máy phát, đƣợc chọn bằng công suất của máy biến áp làm việc khi có máy cắt ở đầu cực máy phát. Trục chính của nguồn dự phòng đƣợc phân đoạn bằng máy cắt theo 3 đến 4 bộ máy phát điện – máy biến áp khi có một máy biến áp dự phòng và theo 2 đến 3 bộ khi có hai máy biến áp dự phòng. 4. Sơ đồ tự dùng của nhà máy thủy điện Các phụ tải tự dùng của TĐ và TĐ tích năng đƣợc chia thành tự dùng riêng cho từng tổ máy và tự dùng chung cho toàn bộ nhà máy, chúng cũng đƣợc chia thành hai nhóm theo yêu cầu về độ tin cậy cung cấp điện. Nhóm 1 gồm các phụ tải mà việc ngừng cung cấp điện cho nó có thể dẫn đến các hƣ hỏng hay cắt các tổ máy, làm giảm năng lƣợng điện phát ra, phá hoại các thiết bị thủy lực, ví dụ nhƣ : các tổ máy cung cấp nƣớc kỹ thuật, làm lạnh dầu bôi trơn ở ổ trục tuabin và máy phát, làm lạnh máy phát, máy biến áp, các thiết bị phụ của hệ thống kích từ, thiết bị dầu áp lực, chiếu sáng sự cố, hệ thống cứu hỏa, các cơ cấu đóng mở các ống dẫn áp lực, nơm nƣớc cho các khu công nghiệp và thành phố nếu chúng đƣợc đặt ở nhà máy và đƣợc cung cấp từ lƣới điện tự dùng. Nhóm 2 gồm tất cả các phụ tải khác kém quan trọng hơn. Các phụ tải tự dùng của TĐ thƣờng đƣợc cung cấp từ lƣới điện 0.4 kV. Ở các TĐ lớn, có thể có một số ít động cơ yêu cầu cung cấp điện từ lƣới 6 kV. Cũng nhƣ tự dùng của các nhà máy điện khác, để đảm bảo sự cung cấp điện cho tự dùng của TĐ, cần có ít nhất là hai nguồn cung cấp độc lập. Sự gián đoạn cung cấp điện cho tự dùng của TĐ chỉ cho phép trong thời gian đóng nguồn dự phòng tự động. Các phân đoạn thanh góp của thiết bị phân phối điện tự dùng 0.4 kV làm nhiệm vụ cung cấp cho các phụ tải quan trọng cần đƣợc phân đoạn tự động thành hai phân đoạn nhỏ và mỗi phân đoạn đƣợc cung cấp từ một nguồn độc lập khác nhau. Hệ thống điện tự dùng cũng cần đảm bảo tự khởi động của các cơ cấu quan trọng. Ngƣời ta sử dụng hai sơ đồ tự dùng cơ bản của TĐ là sơ đồ có nguồn cung cấp điện chung và riêng cho các phụ tải của từng tổ máy và phụ tải chung. Sơ đồ cung cấp điện chung đƣợc dùng cho các TĐ công suất nhỏ và trung bình (hình 2.54a, b). Sơ đồ cung cấp điện riêng đƣợc sử dụng cho các TĐ công suất lớn (hình 2.54c, d). 121 Tự dùng riêng của mỗi tổ máy là các bơm dầu, thiết bị nén khí, các thiết bị tạo áp lực dầu, bơm nƣớc làm mát máy phát, thông gió Công suất của máy biến áp tự dùng riêng của từng tổ máy đƣợc chọn theo phụ tải tự dùng tổng của mỗi tổ máy. Các máy đƣợc tính toán sao cho khi làm việc không bị quá tải và có dự trữ hở. Các máy biến áp tự dùng chung đƣợc tính toán với dự trữ kín và có kể đến khả năng quá tải sự cố. Để cung cấp điện cho phụ tải tự dùng riêng 0.4 kV của từng tổ máy và phần lớn các phụ tải dùng chung 0.4 kV, ngƣời ta sử dụng các máy biến áp khô, công suất không vƣợt quá 1000 kVA, có điện áp ngắn mạch lớn (8%). Sơ đồ tự dùng của TĐ tích năng cũng đƣợc xây dựng theo nguyên tắc của TĐ nói chung, nhƣng phức tạp hơn do có những chế độ đặc biệt về công nghệ, thông số thiết bị, chế độ bơm và chế độ tuabin, về sự khởi động trong các chế độ làm việc và chuyển máy phát thủy điện từ chế độ này sang chế độ khác, nhà máy có hồ chứa điều chỉnh, chế độ làm việc trong HTĐ 122 Hình 2.54: Các sơ đồ tự dùng của thủy điện a)Thủy điện công suất nhỏ ; b) Thủy điện công suất trung bình ; c) Thủy điện công suất lớn có nguồn cung cấp chung cho tự dùng riêng của từng tổ máy và tự dùng chung ; d) Thủy điện công suất lớn có nguồn cung cấp riêng. 1-biến áp tự dùng chính ; 2-biến áp tự dùng riêng của từng tổ máy ; 3-biến áp dự phòng cho tự dùng riêng ; 4-biến áp tự dùng chung 123 2.5.3 Sơ đồ tự dùng của trạm biến áp Phụ tải tự dùng của trạm biến áp phụ thuộc vào loại trạm, vai trò và vị trí của nó, công suất và số lƣợng máy biến áp chính, có hay không có máy bù đồng bộ, loại thiết bị đặt trong trạm, có ngƣời trực hay không, có nguồn thao tác một chiều, chỉnh lƣu hay xoay chiều Dòng thao tác một chiều đƣợc sử dụng ở tất cả các trạm 330 – 750 kV, ở các trạm 110 – 220 kV có nhiều máy cắt. Các trƣờng hợp còn lại có thể sử dụng dòng thao tác xoay chiều hoặc chỉnh lƣu. Các hộ tiêu thụ tự dùng của trạm cũng đƣợc phân chia thành hai loại : qua trọng và không quan trọng. Các phụ tải quan trọng là các thiết bị của hệ thống làm mát máy biến áp, hệ thống làm mát máy bù đồng bộ, hệ thống bơm dầu bôi trơn ổ trục máy bù đồng bộ, chiếu sáng sự cố, hệ thống cứu hỏa, hệ thống nén khí, hệ thống thông tin liên lạc. Hình 2.55: Sơ đồ tự dùng của TBA a) Trạm dùng nguồn thao tác xoay chiều và chỉnh lưu ; b) Trạm dùng nguồn thao tác một chiều 124 Ở các trạm biến áp có hai máy 35 – 750 kV, cần đặt ít nhất hai máy biến áp tự dùng có dự trữ kín. Công suất của các máy biến áp đƣợc chọn khi có kể đến khả năng quá tải sự cố của chúng. Mỗi máy biến áp làm việc riêng rẽ trên phân đoạn của nó, ở mạch phân đoạn có đặt thiết bị tự động đóng nguồn dự trữ (hình 2.55). Công suất của máy biến áp không vƣợt quá 630 kVA, trƣờng hợp đặc biệt có thể đến 100 kVA. Trong các trạm một máy biến áp 35 – 220 kV, khi có máy bù đồng bộ và máy biến áp có hệ thống làm lạnh cƣỡng bức cũng cần hai máy biến áp tự dùng và có dự trữ kín ; một máy đƣợc nối với đƣờng dây 6 – 35 kV đƣợc cung cấp từ một trạm biến áp khác. Trong trƣờng hợp ngƣợc lại có thể dùng một máy biến áp tự dùng. Các máy biến áp tự dùng ở các trạm có nguồn thao tác một chiều đƣợc nối với thanh góp 6 – 35 kV (hình 2.55). Khi không có các thanh góp này thì đƣợc nối với cuộn hạ áp của các máy biến áp , ở các trạm biến áp dùng nguồn thao tác xoay chiều và chỉnh lƣu, các máy biến áp đƣợc nối rẽ nhánh giữa đầu hạ áp của máy biến áp và máy cắt đầu ra của nó (hình 2.55a) Trong tất cả các trạm biến áp, điện áp tự dùng là 380/220 kV, có trung tính nối đất trực tiếp. Nguồn cung cấp của nguồn dòng thao tác xoay chiều đƣợc lấy từ thanh góp 0.4 kV qua ổn áp với điện áp đầu ra là 220 V. Nguồn cung cấp của nguồn dòng thao tác chỉnh lƣu cũng đƣợc lấy từ thanh góp 0.4 kV qua chỉnh lƣu với điện áp đầu ra là 220 V. Nguồn dòng thao tác xoay chiều thƣờng đƣợc dùng ở các trạm 35 – 220 kV có ít máy cắt (tùy thuộc vào chủng loại về dòng điện làm việc của các bộ truyền động của máy cắt). Các ví dụ về sơ đồ tự dùng của các trạm biến áp cho trên hình 2.55. 2.5.4 Chọn máy biến áp và kháng điện tự dùng Để chọn máy biến áp và kháng điện tự dùng, cần xác định đƣợc phụ tải cực đại của chúng. Phụ tải của mỗi phân đoạn tự dùng phụ thuộc vào sơ đồ của hệ thống tự dùng, vào công suất của các cơ cấu tự dùng nối với mỗi phân đoạn tự dùng. Để làm ví dụ, ta xét sơ đồ cung cấp điện tự dùng cho trên hình 2.46. Tự dùng của mỗi bộ máy phát điện – máy biến áp hai cuộn dây gồm hai phần : 6 kV và 0.4 kV 125 Hình 2.56: Sơ đồ tự dùng của bộ máy phát điện – máy biến áp hai cuộn dây Phụ tải của máy biến áp B1 (hoặc kháng điện K) là phụ tải của phân đoạn thanh góp 6 kV, bao gồm : - Phụ tải là các động sơ 6 kV ; - Phụ tải ở phía 0.4 kV của máy biến áp B2 Khi xác định phụ tải của các phân đoạn tự dùng, ngƣời ta không kể đến các cơ cấu tự dùng dự phòng và các cơ cấu làm việc ngắn hạn nhƣ các động cơ kéo máy kích từ dự phòng, máy nạp điện định kỳ của acqui, cầu trục Phụ tải do các động cơ 6 kV tiêu thụ trực tiếp từ thanh góp 6 kV đƣợc xác định bởi biểu thức : S6 ( 2.1) Với Pđm1 : công suất định mức của động cơ nối vào thanh góp 6 kV ; Kpt1 : hệ số phụ tải trung bình của các động cơ .đối với nhà máy áp suất trung bình kpt1 = 0.6 ÷ 0.65 .đối vơi nhà máy áp suất cao kpt1 = 0.75 ÷ 0.85 .đối vơi nhà máy áp suất siêu cao kpt1 = 0.9 Kđt1 : hệ số đồng thời (0.7 ÷ 0.85) ; 1 : hiệu suất trung bình của các động cơ (0.88 ÷ 0.92) cos1 : hệ số công suất trung bình của các động cơ (0.8 ÷ 0.85) 126 phụ tải của máy biến áp B2 – các cơ cấu tự dùng nối vào thanh góp 0.4 kV đƣợc xác định tƣơng tự nhƣ trên : S0.4 (2.2) Hoặc một cách gần đúng S0.4 = Sđm.B2.k2 (2.3) .với k2 là hệ số mang tải của máy biến áp B2, thƣờng k2 = 0.7 ÷ 0.8 Vậy phụ tải của phân đoạn 0.6 kV sẽ là : S1 = S6 + S0.4 (2.4) Căn cứ vào phụ tải vừa xác định đƣợc S1 và S0.4. Công suất cần chọn của máy biến áp B1, B2 đƣợc chọn theo điều kiện : SđmB1 ≥ S1 ; và SđmB2 ≥ S0.4 (2.5) Khi thiết kế sơ bộ, có thể lấy S1 theo hệ số tự dùng cực đại a% của nhà máy: S1 = Stđmax = . (2.6) Và S0.4 = (15 + 20)%Stđmax với : % - hệ số tự dùng cực đại của nhà máy (xem bảng 2.1) PđmF – công suất định mức của máy phát Trƣờng hợp dùng kháng điện, dòng điện lớn nhất qua kháng sẽ là : Icb = Kháng điện cần chọn phải thỏa mãn điều kiện : Ikđm ≥ Icb Kháng điện xk% của kháng điện đƣợc chọn theo điều kiện hạn chế dòng điện ngắn mạch và khả năng tự mở máy của các cơ cấu tự dùng, nhƣng không vƣợt quá 8% với kháng điện đơn và 16% đối với kháng điện kép. Máy biến áp (hoặc kháng điện) tự dùng sau khi đã đƣợc chọn theo công suất của các phụ tải, còn cần đƣợc kiểm tra lại về khả năng tự mở máy của các cơ cấu tự dùng.  Kiểm tra khả năng tự mở máy của các động cơ tự dùng Nhƣ đã trình bày, thƣờng mỗi phân đoạn thanh góp tự dùng có một nguồn cung cấp điện chính và một nguồn dự phòng . Bình thƣờng nguồn tự dùng chính làm việc và 127 nguồn dự phòng chỉ đƣợc đóng vào làm việc khi nguồn dùng chính không làm việc đƣợc. Ví dụ khi xảy ra ngắn mạch trong máy biến áp tự dùng chính chẳng hạn, các thiết bị bảo vệ sẽ tác động để tách phần tử hỏng ra khỏi lƣới điện, điện áp trên thanh góp tự dùng tƣơng ứng giảm xuống đến không, làm cho các động cơ nối với nó quay chậm lại hoặc có thể ngừng quay nếu thời gian mất điện đủ lớn. Điện áp trên thanh góp bị mất điện cho đến khi bộ phận tự đóng nguồn dự phòng tác động để đƣa nguồn tự dùng dự phòng vào làm việc. Khi điện áp trên thanh góp đƣợc phục hồi, các động cơ điện tự dùng sẽ đồng thời khởi động trở lại, dòng điện tự mở máy tổng của các động cơ điện lúc này rất lớn, gây tổn thất điện áp lớn trong các nguồn cung cấp điện tự dùng và làm cho điện áp trên thanh góp giảm xuống, thời gian tự mở máy của các động cơ bị kéo dài, gây phát nóng các động cơ. Nếu điện áp trên thanh góp tự dùng quá thấp, các động cơ sẽ không tự khởi động đƣợc. Theo kinh nghiệm vận hành, ngƣời ta thấy rằng các động cơ chỉ có thể khởi động thành công khi điện áp trên thanh góp giảm xuống không thấp hơn 65 – 70% điện áp định mức. Khi khởi động các động cơ, điện áp còn lại trên thanh góp phụ thuộc vào công suất của nguồn cung cấp, công suất và điện kháng của máy biến áp và kháng điện tự dùng vào công suất và số động cơ tự mở máy, vào chủng loại của chúng, vào phụ tải của các động cơ khi mở máy. Công suất của nguồn và máy biến áp tự dùng càng lớn, kha năng tự mở máy của các động cơ càng dễ dàng, công suất tổng của các động cơ có thể tự mở máy càng lớn và thời gian tự mở máy càng nhỏ. Do vậy, sau khi đã chọn đƣợc công suất của máy biến áp và kháng điện tự dùng, cần kiểm tra khả năng tự mở máy của các cơ cấu tự dùng. Đối với một hệ thống điện tự dùng đã cho, nghĩa là đối với một nguồn cung cấp, máy biến áp và kháng điện tự dùng nhất định, ta có thể xác định đƣợc tổng công suất của các động cơ tự dùng có thể mở máy đƣợc trong điều kiện bất lợi nhất. Để đơn giản khi tính toán, ngƣời ta đã đƣa ra các giả thiết sau : - Các động cơ tự mở máy trở lại từ tốc độ bằng 0, nghĩa là xét trƣờng hợp nặng nề nhất, sau khi mất điện các động cơ đã ngừng quay rồi sau đó mới đƣợc khởi động trở lại và khởi động khi các phụ tải trên trục là định mức ; - Bỏ qua điện trở của các phần tử trong mạch điện xét ; - Nguồn cung cấp có công suất vô cùng lớn vì công suất của hệ thống điện tự dùng rất nhỏ so với lƣới điện chính. Do vậy, trong thời gian các động cơ tự khởi động, điện áp phía nguồn cung cấp là không đổi ; - Để tổng quát ta xét trƣờng hợp các động cơ tự dùng đƣợc cung cấp qua cả kháng điện và máy biến áp tự dùng (hình 2.56) 128 Giả thiết đã biết các tham số định mức của các động cơ tự dùng,máy biến áp và kháng điện tự dùng (xem hình 2.47). Để đơn giản, ta dùng hệ đơn vị tƣơng đối với các lƣợng cơ bản: Scb = SđmB Ucb = Utb Hình 2.56: Sơ đồ tính toán tự khởi động của các động cơ tự dùng Từ sơ đồ đã cho, ta có sơ đồ thay thế của mạng điện khi khởi động các động cơ (hình 2.56) Hình 2.57: Sơ đồ thay thế của mạng điện ở hình . Từ sơ đồ thay thế ta có : U1*cb = Imm*cb(Xk*cb + XB*cb + Xđc*cb ) (2.8) Trong các đại lƣợng tƣơng đối cơ bản đƣợc xác định nhƣ sau : - Điện áp tƣơng đối cơ bản của nguồn có công suất vô cùng lớn : U1*cb = 1 - Điện kháng tƣơng đối cơ bản của kháng điện : xK*cb = ; Để đơn giản, một cách gần đúng ta coi : 129 SKđm = IKđm.UKđm SđmB, Nên xK*cb ; - Điện kháng tƣơng đối cơ bản của máy biến áp : xB*cb = ; - Điện kháng tƣơng đối cơ bản của các động cơ khi mở máy : xđc*cb = xđc* . ; ở đây : xđc* - điện kháng tƣơng đối định mức của các động cơ khi mở máy ; xđc* = ; - dòng điện mở máy tƣơng đối định mức trung bình của các động cơ - tổng công suất định mức của các động cơ mở máy ; = (2.9) Pđc.đm – công suất định mức của động cơ ; tb – hiệu suất trung bình của các động cơ ; – hệ số công suất trung bình của các động cơ. Vậy : xđc*cb = (2.10) Từ (2.8) ta nhận đƣợc : xmm*cb = Điện áp trên cực động cơ tại thời điểm tự mở máy : Uđc*cb = Imm*cb . xđc*cb . UB* = UB* . (2.11) Với UB* là điện áp tƣơng đối định mức của máy biến áp tự dùng, thƣờng cao hơn điện áp định mức tƣơng ứng 5%, do vậy UB* = 1,05. Từ (2.10) và (2.11) ta có : 130 Uđc*cb = UB* . Nếu tính theo phần trăm của điện áp định mức, ta có biểu thức gần đúng : Uđc% = UB% (2.12) Từ đó rút ra : = Từ (2.9) và (2.12) suy ra : = SđmB (2.13) Với xK*cb = xK ; xB*cb = ; Lấy giá trị trung bình : Uđc% = 65, UB% = 105 ; Imm* = 4.8 ; = 0.86 và tb = 0.92, ta có biểu thức đơn giản : = SđmB (2.14) Từ các biểu thức nhận đƣợc, thấy rằng trong trƣờng hợp này công suất tổng của các động cơ có thể tự mở máy thành công chủ yếu phụ thuộc vào công suất của máy biến áp nguồn SđmB. Khi công suất của máy biến áp nguồn càng lớn thì công suất cho phép tự mở máy của các động cơ càng lớn. Ngƣợc lại, khi điện kháng của máy biến áp (UN%) và kháng điện (xN%) tự dùng càng lớn, các động cơ càng khó khởi động. - Khi không có kháng điện tự dùng (xK% = 0) và máy biến áp tự dùng có UN% = 8 ÷ 12 thì : ; - Khi có cả máy biến áp và kháng điện với : UN% = 8 ÷ 12 và xK% = 5% ta có : Sau khi xác định đƣợc tổng công suất của các động cơ có thể tự mở máy đƣợc cần so sánh với tổng công suất của các động cơ thực cần mở máy Pđc.đm : - Nếu ≥ Pđc.đm thì tất cả các động cơ đều có thể tự mở máy cùng một lúc ; 131 - Nếu < Pđc.đm các động cơ không thể khởi động cùng một lúc. Trong trƣờng hợp này cần có những giải pháp để đảm bảo sự khởi động thành công của các động cơ nhƣ sau : a) Chỉ cho các động cơ tự dùng quan trọng nhƣ tự mở máy trƣớc, sau đó mới cho các động cơ còn lại tiếp tục mở máy ; b) Giảm điện kháng của máy biến áp và kháng điện ; c) Tăng công suất của máy biến áp. Mỗi biện pháp đều có những ƣu nhƣợc điểm riêng của nó, ví dụ nhƣ khi giảm điện kháng của phần tử nguồn, làm cho dòng ngắn mạch tăng, khó khăn trong việc đảm bảo ổn định nhiệt của cáp tự dùng ; cho các động cơ tự khởi động thành nhiều đợt, cần trang bị các thiết bị tự động để khống chế tự động việc khởi động của các động cơ ; tăng công suất của máy biến áp không những tăng vốn đầu tƣ mà còn làm giảm hiệu quả kinh tế của hệ thống điện tự dùng khi vận hành. Chọn giải pháp nào cần dựa trên cơ sở tính toán so sánh các phƣơng án có thể. Để tiện tham khảo, trong các trang tiếp theo giới thiệu một số sơ đồ nối điện chính của các nhà máy điện và trạm biến áp lớn mới đƣợc xây dựng trong những năm vừa qua. 132 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƢƠNG 2 1. Nêu các khái niệm trong sơ đồ nối điện của nhà máy điện và trạm biến áp 2. Cách chọn sơ đồ nối điện chính và tự dung trong nhà máy điện và trạm biến áp 3. Phân tích sơ đồ một thanh góp không phân đoạn, có phân đoạn bằng một dao cách ly, hai dao cách ly, máy cắt và dao cách ly:  Mô tả sơ đồ  Các thao tác cơ bản  Vận hành sửa chữa sơ đồ  Đánh giá sơ đồ 4. Phân tích sơ đồ hai thanh góp không phân đoạn, có phân đoạn bằng máy cắt ở thanh góp làm việc hoặc cả hai thanh góp:  Mô tả sơ đồ  Các thao tác cơ bản  Vận hành sửa chữa sơ đồ  Đánh giá sơ đồ 5. Phân tích sơ đồ một thanh góp có thanh góp vòng:  Mô tả sơ đồ  Các thao tác cơ bản  Vận hành sửa chữa sơ đồ  Đánh giá sơ đồ 6. Phân tích sơ đồ hai thanh góp có thanh góp vòng:  Mô tả sơ đồ  Các thao tác cơ bản  Vận hành sửa chữa sơ đồ  Đánh giá sơ đồ 7. Phân tích sơ đồ hai thanh góp có hai máy cắt trên một mạch 8. Phân tích sơ đồ một rƣỡi 9. Phân tích sơ đồ 4/3 10. Phân tích các sơ đồ đa giác 11. Phân tích các sơ đồ cầu 12. Phân tích các sơ đồ nối điện chính của nhà máy nhiệt điện ngƣng hơi ở cấp điện áp máy phát 13. Phân tích các sơ đồ nối điện chính của nhà máy nhiệt điện ngƣng hơi ở cấp điện áp cao 14. Trình bày sơ đồ cấu trúc của nhà máy nhiệt điện rút hơi 133 15. Trình bày sơ đồ nối điện của nhà máy nhiệt điện rút hơi ở cấp điện áp máy phát 16. Nêu các phƣơng pháp đặt kháng điện thanh góp 17. Nêu các phƣơng pháp đặt kháng điện đƣờng dây 18. Sơ đồ nối chính của nhà máy điện nguyên tử 19. Sơ đồ bộ truyền tải, rẽ nhánh với một hoặc hai đƣờng dây đi qua của nhà máy thủy điện 20. Trình bày sơ đồ nối điện của nhà máy thủy điện ở cấp điện áp máy phát 21. Trình bày sơ đồ nối điện của nhà máy thủy điện nối theo sơ đồ bộ 22. Đặc điểm của các sơ đồ nối điện của trạm giảm áp 23. Đặc điểm của điện tự dung trong nhà máy điện và trạm biến áp 24. Các sơ đồ tự dung của nhà máy nhiệt điện ngƣng hơi 25. Các sơ đồ tự dung của nhà máy nhiệt điện rút hơi 26. Các sơ đồ tự dung của nhà máy thủy điện 27. Các sơ đồ tự dung của nhà máy điện nguyên tử