TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
KHOA ĐIỆN
BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN
BÀI GIẢNG MÔN HỌC
LƯỚI ĐIỆN
Theo chương trình 150 TC
Số tín chỉ: 04
(Lưu hành nội bộ)
Thái Nguyên, năm 2014
2
BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN
BÀI GIẢNG MÔN HỌC
LƯỚI ĐIỆN
Theo chương trình 150 TC
Số tín chỉ: 04
(Lưu hành nội bộ)
Thái Nguyên, ngày... tháng 08 năm 2014
Trưởng bộ môn Trưởng khoa
(ký và ghi rõ họ tên) (ký và ghi rõ họ tên)
TS. Ngô Đức Minh TS. Đỗ Trung Hải
3
MỤC LỤC
MỤC LỤC.......................................................................................................................3
CHƯƠNG TRÌNH GIÁO DỤC ĐẠI HỌC....................................................................7
CHƯƠNG 1: NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VÀ THÔNG SỐ CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN
............................................................................................................................................11
1. CHƯƠNG 1...............................................................................................................11
1.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN.......................................................11
1.1.1 Khái niệm về Hệ thống năng lượng................................................................11
1.1.2 Hệ thống điện.................................................................................................11
1.1.3 Đặc điểm của HTĐ.........................................................................................13
1.2 NGUỒN ĐIỆN......................................................................................................14
1.2.1 Nhà máy nhiệt điện.........................................................................................14
1.2.2 Nhà máy thuỷ điện..........................................................................................16
1.2.3 Nhà máy điện nguyên tử.................................................................................17
1.3 PHỤ TẢI ĐIỆN.....................................................................................................18
1.3.1 Khái niệm về phụ tải điện...............................................................................18
1.3.2 Phân loại hộ phụ tải.......................................................................................18
1.4 SƠ ĐỒ CẤU TRÚC VÀ YÊU CẦU CỦA LƯỚI ĐIỆN..........................................20
1.4.1 Yêu cầu của lưới điện.....................................................................................20
1.4.2 Phân loại lưới điện.........................................................................................20
1.5 ĐIỆN ÁP CỦA LƯỚI ĐIỆN..................................................................................22
1.5.1 Điện áp định mức...........................................................................................22
1.5.2 Điện áp của lưới điện.....................................................................................23
1.6 CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA ĐIỂM TRUNG TÍNH TRONG HTĐ...........................24
1.6.1 Lưới điện ba pha trung tính cách điện với đất................................................24
1.6.2 Lưới điện ba pha trung tính nối đất trực tiếp..................................................28
1.7 CÁC CHỈ TIÊU CƠ BẢN ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG...................28
1.7.1 Điện áp..........................................................................................................28
1.7.2 Tần số............................................................................................................29
1.7.3 Tính liên tục (độ tin cậy) cung cấp điện..........................................................29
1.8 KẾT CẤU CỦA LƯỚI ĐIỆN................................................................................29
1.8.1 Kết cấu của đường dây trên không.................................................................29
1.8.2 Kết cấu của đường dây cáp............................................................................34
CHƯƠNG 2: TÍNH TOAN TỔN THẤT TRONG LƯỚI ĐIỆN.................................35
2.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ TỔN THẤT TRONG HTĐ...........................................35
2.1.1 Ảnh hưởng của tổn thất công suất và tổn thất điện năng.................................35
2.1.2 Ảnh hưởng của tổn thất điện áp......................................................................35
2.2 SƠ ĐỒ THAY THẾ VÀ THÔNG SỐ CỦA CÁC PHẦN TỬ..................................35
2.2.1 Đường dây.....................................................................................................35
2.2.2 Máy biến áp...................................................................................................39
2.3 TỔN THẤT CÔNG SUẤT VÀ TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG.....................................45
2.3.1 Tính toán tổn thất công suất trên đường dây...................................................45
2.3.2 Tổn thất điện năng trên đường dây.................................................................48
2.3.3 Tổn thất công suất trong MBA........................................................................49
2.3.4 Tổn thất điện năng trong MBA.......................................................................53
2.4 TÍNH TOÁN TỔN THẤT ĐIỆN ÁP......................................................................54
4
2.4.1 Tính toán điện áp theo dòng điện của phụ tải.................................................54
2.4.2 Tính toán điện áp theo công suất của phụ tải..................................................57
2.4.3 Phương pháp tính toán gần đúng....................................................................60
2.4.4 Tổn thất điện áp trong lưới điện phân phối.....................................................61
2.5 PHƯƠNG PHÁP TÍNH LƯỚI ĐIỆN CÓ NHIỀU CẤP ĐIỆN ÁP..........................69
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN LƯỚI ĐIỆN KÍN.............................................................72
3.1 KHÁI NIỆM CHUNG...........................................................................................72
3.2 PHÂN CÔNG SUẤT TRÊN LƯỚI ĐIỆN KÍN......................................................73
3.2.1 Khi điện áp 2 đầu đường dây khác nhau.........................................................73
3.2.2 Khi điện áp 2 đầu đường dây bằng nhau........................................................75
3.2.3 Những trường hợp đặc biệt của lưới điện kín..................................................75
3.3 TỔN THẤT CÔNG SUẤT VÀ TỔN THẤT ĐIỆN ÁP TRONG LƯỚI ĐIỆN KÍN.76
3.3.1 Tổn thất công suất khi điểm phân CSTD và CSPK trùng nhau........................76
3.3.2 Tổn thất công suất khi điểm phân CSTD và CSPK khác nhau.........................76
3.3.3 Tổn thất điện áp.............................................................................................77
3.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI LƯỚI ĐIỆN.....................................................77
3.4.1 Phương pháp hợp nhất nhiều nhánh đồng quy................................................77
3.4.2 Phương pháp chuyển dịch phụ tải...................................................................79
3.4.3 Phương pháp biến đổi
D
/Y và Y/
D
...................................................................80
3.5 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN CÁC LƯỚI ĐIỆN KÍN PHỨC TẠP......................80
CHƯƠNG 4: XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN TRONG LƯỚI ĐIỆN.................81
4.1 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN KT-KT CỦA LƯỚI ĐIỆN....................................81
4.1.1 Phí tổn vận hành của lưới điện.......................................................................81
4.1.2 Phương pháp tính toán kinh tế-kỹ thuật của lưới điện.....................................82
4.1.3 Xác định tiết diện dây dẫn theo điều kiện KT-KT............................................83
4.2 XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN TRONG LƯỚI ĐIỆN TRUYỀN TẢI............84
4.2.1 Nguyên tắc xác định tiết diện dây dẫn trong lưới điện truyền tải.....................84
4.2.2 Mật độ kinh tế của dòng điện..........................................................................84
4.2.3 Xác định tiết diện dây dẫn theo mật độ kinh tế của dòng điện.........................84
4.3 XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN LƯỚI ĐIỆN ĐỊA PHƯƠNG.........................85
4.3.1 Nguyên tắc xác định tiết diện dây dẫn trong lưới điện phân phối....................85
4.3.2 Xác định tiết diện dây dẫn theo điều kiện tổn thất điện áp cho phép...............85
4.3.3 Xác định tiết diện dây dẫn theo điều kiện tổn thất điện áp cho phép đồng thời
thoả mãn tổn thất công suất nhỏ nhất (mật độ dòng điện không đổi)............................87
4.3.4 Xác định tiết diện dây dẫn theo điều kiện phát nóng.......................................89
4.4 XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN TRONG LƯỚI ĐIỆN KÍN............................90
4.4.1 Nguyên tắc xác định tiết diện dây dẫn trong lưới điện kín...............................90
4.4.2 Đường dây có phụ tải phân bố tương đối dày.................................................90
4.4.3 Đường dây có phụ tải phân bố gần nhau, có đường dây phân nhánh..............90
4.5 XÁC ĐỊNH TIẾT DIỆN DÂY DẪN THEO ĐỘ BỀN CƠ HỌC.............................91
CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH..........................................92
5.1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH.......................................92
5.1.1 Các dạng ngắn mạch......................................................................................92
5.1.2 Nguyên nhân và hậu quả ngắn mạch..............................................................93
5.1.3 Mục đích tính toán ngắn mạch.......................................................................94
5.2 BIẾN THIÊN CỦA DÒNG NGẮN MẠCH VÀ CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐẶC TRƯNG94
5.2.1 Biến thiên của dòng ngắn mạch......................................................................94
5
5.2.2 Biểu diễn quá trình quá độ của dòng ngắn mạch............................................97
5.2.3 Giá trị dòng điện xung kích............................................................................98
5.2.4 Trị hiệu dụng của dòng ngắn mạch.................................................................99
5.2.5 Trị hiệu dụng của dòng ngắn mạch xung kích.................................................99
5.2.6 Công suất ngắn mạch...................................................................................100
5.3 SƠ ĐỒ THAY THẾ VÀ BIẾN ĐỔI SƠ ĐỒ .........................................................101
5.3.1 Những giả thiết cơ bản.................................................................................101
5.3.2 Hệ đơn vị tương đối......................................................................................101
5.3.3 Sơ đồ thay thế và tính toán thông số các phần tử..........................................103
5.3.4 Biến đổi đẳng trị sơ đồ.................................................................................106
5.4 TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH TRONG LƯỚI ĐIỆN CAO ÁP..............................108
5.4.1 Phương pháp tính toán ngắn mạch...............................................................108
5.4.2 Tính toán ngắn mạch 3 pha (đối xứng).........................................................111
5.4.3 Tính ngắn mạch không đối xứng...................................................................115
5.4.4 Dòng điện và điện áp tại điểm ngắn mạch....................................................119
5.4.5 Qui tắc đẳng trị thứ tự thuận........................................................................125
5.5 TÍNH NGẮN MẠCH TRONG LƯỚI ĐIỆN ÁP THẤP........................................126
5.5.1 Đặc điểm của tính ngắn mạch hạ áp.............................................................126
5.5.2 Thông số của các phần tử trong sơ đồ tính ngắn mạch hạ áp........................127
5.5.3 Phương pháp tính ngắn mạch hạ áp (U < 1000 V).......................................129
CHƯƠNG 6. ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP TRONG HTĐ...............................................131
6.1 KHÁI NIỆM CHUNG.........................................................................................131
6.1.1 Độ lệch điện áp............................................................................................131
6.1.2 Các yêu cầu về điều chỉnh điện áp................................................................131
6.2 ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP TRONG NHÀ MÁY ĐIỆN...........................................132
6.3 ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP TRONG TRẠM BIẾN ÁP.............................................132
6.3.1 Khái niệm về điều chỉnh điện áp bằng đầu phân áp MBA.............................132
6.3.2 Xác định đầu phân áp cho MBA...................................................................135
6.4 ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP BẰNG PHƯƠNG PHÁP THAY ĐỔI CSPK.................137
6.4.1 Nguyên tắc điều chỉnh..................................................................................137
6.4.2 Thiết bị bù CSPK..........................................................................................138
6.4.3 Xác định dung lượng bù của lưới điện khi đặt thiết bị bù tại 1 trạm..............139
6.4.4 Xác định dung lượng bù khi đặt thiết bị bù tại nhiều trạm.............................141
6.4.5 Xác định dung lượng của máy bù đồng bộ và tụ điện tĩnh.............................143
6.5 ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP BẰNG PHƯƠNG PHÁP THAY ĐỔI THAM SỐ CỦA
LƯỚI ĐIỆN...................................................................................................................145
6.5.1 Nguyên tắc điều chỉnh..................................................................................145
6.5.2 Chọn số lượng và dung lượng của tụ điện.....................................................146
CHƯƠNG 7: GIẢM TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRONG LƯỚI ĐIỆN...................147
7.1 KHÁI NIỆM CHUNG.........................................................................................147
7.2 GIẢM TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP BÙ CSPK................147
7.2.1 Nguyên tắc thực hiện....................................................................................147
7.2.2 Kết quả của việc nâng cao cos
j
của lưới điện.............................................148
7.2.3 Các loại thiết bị bù.......................................................................................149
7.2.4 Xác định dung lượng bù...............................................................................149
7.3 GIẢM TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP NÂNG CAO ĐIỆN ÁP
VẬN HÀNH CỦA MẠNG ĐIỆN..................................................................................154