14
Chöông 1
CAÁU TRUÙC CÔ BAÛN CUÛA
HEÄ THOÁNG ÑIEÄN
1.1 MÔÛ ÑAÀU
Taát caû caùc coâng ty ñieän löïc ñeàu hoaït ñoäng gaàn nhö theo hôïp ñoàng vôùi khaùch haøng. Noùi
chung, nhöõng hôïp ñoàng naøy qui ñònh soá löôïng vaø chaát löôïng cuûa ñieän naêng ñöôïc cung caáp. Chaát
löôïng ñieän naêng bao goàm:
a) Taàn soá vaø caùc giôùi haïn trong ñoù taàn soá ñöôïc giöõ khoâng ñoåi;
b) Ñieän aùp vaø caùc giôùi haïn trong ñoù ñieän aùp coù theå giöõ khoâng ñoåi.
c) Lieân tuïc cung caáp ñieän.
Caùc yeâu caàu ngaøy caøng taêng moät beân laø ñeå caûi thieän vieäc cung caáp ñieän coøn beân kia laø vieäc
vaän haønh kinh teá, caû hai ñeàu khuyeán khích vieäc lieân keát caùc nhaø maùy ñieän vaøo trong moät heä
thoáng lieân keát vaø hôn theá nöõa laø lieân keát nhieàu heä thoáng thaønh heä thoáng hôïp nhaát. Ñaõ coù nhieàu
heä thoáng hôïp nhaát bao phuû nhieàu vuøng cuûa nhieàu nöôùc thaønh heä thoáng ñieän lieân quoác gia. ÔÛ
Vieät Nam, löôùi ñieän quoác gia ñaõ ñöôïc lieân keát hai löôùi ñieän mieàn Baéc vaø mieàn Nam qua ñöôøng
daây sieâu cao aùp 500 kV cuõng nhaèm muïc ñích thoûa maõn caùc yeâu caàu noùi treân. Baát kyø cô caáu roäng
lôùn naøo cuõng ñeàu coù tính phöùc taïp. Tuy vaäy, vieäc vaän haønh heä thoáng ñieän khoâng phaûi laø khoâng
theå ñieàu haønh ñöôïc. Caáu truùc coù theå thay ñoåi töø heä thoáng naøy sang heä thoáng khaùc, nhöng söï bieán
ñoåi khoâng ñeán noãi quaù lôùn ñeán noãi laøm trôû ngaïi cho vieäc nghieân cöùu xeùt veà cô baûn.
Caáu truùc cuûa heä thoáng ñieän ñieàu haønh ñöôïc ñaët treân cô sôû cuûa söï phaân chia theo haøng doïc
vaø theo haøng ngang nhö ñöôïc minh hoïa trong H.1.1.
Theo chieàu doïc, heä thoáng lieân hôïp ñöôïc chia laøm boán caáp:
a) Caáp phaân phoái;
b) Caáp truyeàn taûi phuï;
c) Caáp truyeàn taûi (cuøng vôùi caáp truyeàn taûi phuï vaø caáp phaân phoái coù lieân keát vôùi noù taïo ra
moät heä thoáng ñieän);
d) Heä thoáng ñöôøng daây noái (lieân keát nhieàu heä thoáng ñieän vôùi nhau vaøo trong moät heä thoáng
ñieän lieân hôïp).
Theo chieàu ngang, moãi caáp laïi ñöôïc chia thaønh moät soá caùc heä thoáng (soá heä thoáng truyeàn taûi
phuï trong moãi heä thoáng truyeàn taûi hay soá heä thoáng phaân phoái trong moãi heä thoáng truyeàn taûi phuï
thöïc teá coù theå nhieàu hôn con soá treân hình veõ). Caùc heä thoáng con naøy caùch ly vôùi nhau veà maët
ñieän (vaø cuõng thöôøng laø veà maët ñòa lyù) vôùi caùc heä thoáng laân caän trong cuøng moät caáp nhöng chæ
ñöôïc noái keát veà ñieän vôùi nhau qua caùc heä thoáng ôû caáp cao hôn.
15
Hình 1.1: Sô ñoà khoái caáu truùc cô baûn cuûa heä thoáng ñieän
Caáp ñieän aùp vaø löôïng coâng suaát duy trì trong moãi heä thoáng rieâng leû taêng daàn töø caáp naøy
ñeán caáp cao hôn vaø moät phuï taûi tieâu thuï coù theå ñöôïc cung caáp töø baát cöù caáâp naøo cuûa heä thoáng
tuøy theo qui moâ vaø tính chaát cuûa phuï taûi. Caùc muõi teân trong H.1.1. chæ chieàu coâng suaát vaø vì taát
caû caùc nhaø maùy ñieän ñeàu ñöôïc gaén vaøo ôû heä thoáng truyeàn taûi neân moïi heä thoáng ôû caáp thaáp hôn
ñeàu phuï thuoäc vaøo caáp cao hôn (vaø cuoái cuøng laø phuï thuoäc vaøo caáp truyeàn taûi) ñeå cung caáp ñieän
naêng cho chuùng. Theo ñoù, chieàu cung caáp coâng suaát giöõa caáp truyeàn taûi vaø caáp phaân phoái laø ñi
töø caáp treân xuoáng caáp döôùi.
Muïc ñích cuûa vieäc lieân keát nhieàu heä thoáng ñieän vôùi nhau baèng caùc ñöôøng daây noái laø ñeå taäp
trung khaû naêng saün coù cuûa caùc heä thoáng nhaèm hoã trôï cho nhau vaø haäu quaû laø coâng suaát treân
ñöôøng daây noái coù tính hai chieàu. Coù khuynh höôùng laø taäp trung doøng ñieän naêng ñi vaøo baát kyø heä
thoáng naøo chæ ôû moät ñieåm duy nhaát (nhö ñaõ thaáy ôû caáp truyeàn taûi vaø phaân phoái) nghóa laø ôû moät
traïm trung chuyeån hay traïm phaân phoái, nhöng ñeå cho vieäc cung caáp tin caäy hôn thöôøng nhöõng
traïm ñoù coù theå ñöôïc cung caáp töø hai nguoàn ñi ñeán. Söï phaân caáp theo haøng doïc vaø haøng ngang
cuûa moät heä thoáng ñieän laøm cho vieäc vaän haønh vaø ñieàu chænh trong heä thoáng laø coù hieäu quaû.
1.2 CAÁP PHAÂN PHOÁI CUÛA HEÄ THOÁNG ÑIEÄN
Caáp phaân phoái bieåu dieãn cho caáp caáu truùc thaáp nhaát cuûa heä thoáng ñieän, thöôøng goàm coù hai
caáp ñieän aùp.
a) Ñieän aùp sô caáp hay ñieän aùp phaùt tuyeán töông ñoái cao (chaúng haïn 15 kV, 22 kV);
b) Ñieän aùp thöù caáp hay ñieän aùp tieâu thuï laø ñieän aùp thaáp (chaúng haïn 110 V, 220 V, 380 V).
Nhieäm vuï cuûa caáp phaân phoái laø phaân phoái ñieän naêng cho caùc phuï taûi nhoû (sinh hoaït) vaø caùc
16
phuï taûi töông ñoái nhoû (thöông maïi vaø coâng nghieäp nhoû), caùc phuï taûi lôùn thöôøng ñöôïc cung caáp
tröïc tieáp töø caáp cao hôn (nhö caáp truyeàn taûi vaø caáp truyeàn taûi phuï). Maëc duø phaàn lôùn ñieän naêng
saûn xuaát ñöôïc thöôøng ñöôïc baùn cho caáp phaân phoái nhöng caáp naøy laïi ñöôïc chia thaønh moät soá lôùn
caùc maûng ñoäc laäp vaø moãi phaàn nhoû naøy chæ tieáp nhaän moät löôïng coâng suaát vöøa phaûi vaø chæ lieân
keát veà ñieän vôùi nhau thoâng qua caáp truyeàn taûi phuï.
Moät phaàn phaân chia cuûa caáp phaân phoái ñöôïc goïi laø maïch phaân phoái. Thöôøng thì caùc maïch
phaân phoái ñöôïc caùch bieät nhau veà ñòa lyù nghóa laø moãi maïch phaân phoái cung caáp rieâng bieät cho
moät khu vöïc. Tuy vaäy, trong moät soá tröôøng hôïp vaãn coù söï ñan xen nhau giöõa caùc vuøng cuûa maïch
phaân phoái, chaúng haïn maïng ñieän moät chieàu vaø maïng ñieän xoay chieàu coù theå phuïc vuï cho cuøng
moät khu vöïc. Hieän taïi, maïch phaân phoái ñôn giaûn ñöôïc cung caáp töø moät nguoàn rieâng goïi laø traïm
phaân phoái (traïm bieán aùp), phuï taûi cuûa nhöõng maïch naøy ñöôïc giöõ ñuû nhoû sau cho moät maïch nhö
vaäy coù theå bò caét ñieän, chaúng haïn do söï coá, coù theå ñöôïc taùi laäp laïi sau ñoù maø khoâng gaây bieán
ñoäng trong caùc phaàn maïch coøn laïi. Ñieàu naøy laøm giôùi haïn khoái coâng suaát coù theå ñöôïc duy trì bôûi
töøng maïch phaân phoái ñeán möùc töông ñoái nhoû so vôùi khoái coâng suaát duy trì trong caáp truyeàn taûi.
Heä thoáng phaân phoái thoâng duïng coù theå ñöôïc phaân loaïi nhö sau:
1) Heä thoáng hình tia
2) Heä thoáng voøng kín:
a) Voøng kín sô caáp hay voøng kín caùc phaùt tuyeán;
b) Voøng kín thöù caáp.
3) Heä thoáng maïng ñieän:
a) Maïng ñieän sô caáp vaø thöù caáp hình tia;
b) Maïng ñieän thöù caáp vôùi daây phaùt tuyeán hình tia.
Nhöõng heä thoáng naøy theo thöù töï taêng daàn theo chi phí, tính linh hoaït vaø ñoä tin caäy trong vaän
haønh. Do vaäy, chuùng ñöôïc duøng trong nhöõng vuøng maø maät ñoä phuï taûi taêng daàn theo thöù töï neâu
treân. Quan troïng hôn heát coù leõ laø heä thoáng hình tia (duøng trong vuøng noâng thoân, thaønh phoá hay
ngoaïi oâ) vaø heä thoáng maïng thöù caáp (duøng cho caùc khu vöïc thöông maïi ôû nhöõng thaønh phoá lôùn).
1.3 HEÄ THOÁNG PHAÂN PHOÁI HÌNH TIA
Kieåu heä thoáng phaân phoái naøy chuû yeáu ñöôïc duøng trong nhöõng vuøng coù maät ñoä phuï taûi thaáp
nhö ôû noâng thoân hay thò traán nhoû vaø coøn ñöôïc duøng roäng raõi ôû nhöõng vuøng coù maät ñoä phuï taûi
trung bình nhö ôû ngoaïi oâ vaø ñoâ thò (khu daân cö ôû ñoâ thò vaø thò traán lôùn). Noù coù chi phí xaây döïng
thaáp nhaát nhöng tính linh hoaït vaø lieân tuïc cung caáp ñieän bò haïn cheá.
Hình 1.2 minh hoïa moät heä thoáng phaân phoái hình tia goàm coù moät maïch ñöôøng daây nhaùnh vaø
caùc maïch thöù caáp lieân keát vôùi noù. Ñieän naêng ñöôïc cung caáp vaøo ñöôøng daây nhaùnh taïi ñieåm noái
vôùi thanh caùi cuûa traïm bieán aùp phaân phoái. Ñoaïn thöù nhaát cuûa maïch sô caáp giöõa thanh goùp cuûa
traïm vaø ñieåm noái ñaàu tieân vôùi maùy bieán aùp phaân phoái goïi laø ñieåm cung caáp ñöôïc goïi laø maïch
nhaùnh coøn goïi laø phaùt tuyeán hay laø phaàn “toác haønh” cuûa maïch sô caáp. Caùc nhaùnh reõ cuûa ñöôøng
daây nhaùnh laø daây nhaùnh phuï hay nhaùnh reõ. Teân goïi ñöôøng daây sô caáp ñöôïc duøng ñeå goïi chung
cho daây nhaùnh vaø daây nhaùnh phuï.
17
Hình 1.2: Heä thoáng phaân phoái hình tia
Traïm phaân phoái thöôøng thuoäc loaïi ba pha boán daây. Do vaäy, ñöôøng nhaùnh vaø moät soá ñöôøng
nhaùnh phuï laø loaïi ba pha boán daây trong khi ñoù vaãn coù moät soá ít caùc ñöôøng nhaùnh phuï laø moät pha
hai daây. Ñieän aùp cuûa ñöôøng daây nhaùnh sô caáp ñöôïc xaùc ñònh chuû yeáu bôûi khaûo saùt kinh teá,
thöôøng yeâu caàu ñieän aùp cao hôn khi maät ñoä phuï taûi taêng hay chieàu daøi ñöôøng daây taêng. Trong
caùc khu vöïc ñoâ thò hay ngoaïi oâ, ôû ñoù ñöôøng daây ngaén (khoaûng vaøi km) nhöng maät ñoä phuï taûi laïi
lôùn caùc caáp ñieän aùp thöôøng duøng laø 4160 V ba pha boán daây, 2400 V moät pha hai daây hay ba pha
22000/12700 V, 15000/8860 V, 10 kV, 6 kV.
Caùc maïch ñöôøng daây nhaùnh noâng thoân (ñöôøng daây treân khoâng) coù chieàu daøi toång khoaûng
vaøi chuïc km neân maëc duø maät ñoä phuï taûi laø thaáp nhöng caáp ñieän aùp töông ñoái cao, caùc caáp ñieän
aùp tieâu chuaån laø 15 kV, 20 kV,… (Ghi chuù: caáp ñieän aùp ñònh möùc cuûa ñöôøng daây ñöôïc qui ñònh laø
ñieän aùp daây). Phaàn lôùn caùc ñöôøng daây nhaùnh phaân phoái laø ñöôøng daây treân khoâng nhaát laø ôû
nhöõng vuøng coù maät ñoä phuï taûi thaáp thò traán hay ven ñoâ. Trong thaønh phoá, khuynh höôùng ôû caùc
nöôùc tieân tieán laø söû duïng caùp ngaàm treân ñöôøng nhaùnh vaø moät soá lôùn caùc ñöôøng nhaùnh phuï.
Thöôøng trung tính cuûa maïch nhaùnh ñöôïc noái ñaát taïi traïm phaân phoái, nhöng coù theå coù noái ñaát
trung tính laëp laïi. Ñieàu naøy laøm giaûm chi phí xaây döïng ñöôøng daây vì giaûm ñöôïc phí toån veà caùch
ñieän cuûa maùy bieán aùp vaø caùc thieát bò khaùc.
Maùy caét chính ñöôøng daây nhaùnh duøng ñeå caét ñöôøng daây khi söûa chöõa vaø coøn ñeå baûo veä
ngaén maïch. Maùy caét naøy coù trang bò rôle doøng ñieän ñeå caét ñöôøng daây ngay laäp töùc khi coù ngaén
maïch xaûy ra ôû baát cöù ñieåm naøo treân ñöôøng daây nhaùnh. Khi maùy caét môû ra, söï coá ñöôïc giaûi tröø
nhöng vieäc cung caáp ñieän cho phuï taûi bò giaùn ñoaïn.
Vieäc caét ñieän nhö vaäy roõ raøng laø ñieàu khoâng mong muoán neáu noù cöù keùo daøi trong moät
khoaûng thôøi gian sau khi moãi taùc ñoäng cuûa maùy caét vaø vì nhöõng taùc ñoäng nhö vaäy coù theå xaûy ra
18
thöôøng xuyeân khi coù saám seùt hay gioâng baõo. Do vaäy maø khi coù thieát keá maùy caét ñöôøng daây
nhaùnh thöôøng phaûi xeùt ñeán vieäc phaàn lôùn söï coá cuûa ñöôøng daây treân khoâng (80 – 90%) laø söï coá
thoaùng qua vaø chuùng seõ bieán maát (do taùc duïng khöû ion hoùa cuûa hoà quang) trong khoaûng 10 chu
kyø sau khi doøng ñieän hoà quang bò daäp taét. Theo ñoù, maùy caét ñöôøng daây nhaùnh coøn ñöôïc trang bò
theâm thieát bò töï ñoùng laïi 1
4 ñeán 3
4 giaây sau khi maùy caét môû ra vaø moät phaàn lôùn caùc tröôøng hôïp
vieäc töï ñoùng laïi ñeå taùi laäp laø thaønh coâng. Phaàn lôùn caùc maùy caét cho pheùp töï ñoùng laïi töø 2 ñeán 3
laàn tröôùc khi caét döùt khoaùt trong tröôøng hôïp söï coá tieáp tuïc duy trì. Moät khi maùy caét bò khoùa laïi ôû
vò trí môû do söï coá coù duy trì, ñoäi söõa chöõa ñöôøng daây seõ xaùc ñònh nôi söï coá baèng caùch quan saùt
hoaëc laø môû caùc dao caùch ly treân töøng phaân ñoaïn moät vaø thöû ñoùng laïi ñöôøng daây. Vì phaûi maát
thôøi gian di chuyeån töø dao caùch ly naøy ñeán dao caùch ly khaùc neân moät soá coâng ty ñieän ôû nöôùc
ngoaøi thao taùc ñoùng caét dao caùch ly baèng ñieàu khieån töø xa töø vaên phoøng trung taâm. Tuy vaäy,
vieäc caùch ly ñöôøng daây coù theå thöïc hieän moät caùch töï ñoäng baèng caùch duøng caàu chì töï rôi thay
cho dao caùch ly vaø deã daøng tìm ñöôïc nôi xaûy ra söï coá.
Vieäc söûa chöõa caùc phaân ñoaïn ñöôøng daây bò söï coá coù theå keùo daøi, do ñoù ñeå caûi thieän ñieàu
kieän cung caáp ñieän, caàn xaây döïng theâm caùc ñöôøng döï tröõ coøn goïi laø ñöôøng noái khaån caáp. Ñoù laø
nhöõng ñoaïn ñöôøng daây sô caáp coù theå chuyeån heä thoáng hình tia thaønh ra moät maïng ñieän kín ngoaïi
tröø khi caùc maïch voøng cuûa maïng ñieän ñöôïc giöõ nhö moät maïng hôû baèng caùch môû dao caùch ly luùc
bình thöôøng vaø chæ ñoùng laïi luùc khaån caáp. Ñöôøng daây khaån caáp thöôøng ñöôïc duøng trong maïng
ñieän cung caáp trong thaønh phoá ñaëc bieät laø neáu heä thoáng cung caáp ñöôïc xaây döïng moät phaàn hay
toaøn phaàn baèng caùp ngaàm.
Maùy bieán aùp phaân phoái treân heä thoáng ñieän hình tia thöôøng laø loaïi treo treân truï hay ñaët treân
giaøn vaø moät soá caùc maùy bieán aùp phaân phoái hieän ñaïi khi xuaát xöôûng ñeàu coù trang bò theâm caùc
phuï kieän caàn cho vaän haønh vaø baûo veä, ñieàu naøy cuõng coù yù nghóa laø maùy bieán aùp coù töï trang bò
caùc baûo veä töông ñöông vôùi moät traïm bieán aùp hoaøn chænh.
Toång quaùt, maùy bieán theá phaân phoái thuoäc loaïi moät pha hay ba pha. Phía sô caáp thöôøng coù
ñaàu phaân aùp duøng ñeå ñieàu chænh ñieän aùp cho phía thöù caáp. Nhöõng ñaàu naøy chæ coù theå ñöôïc thay
ñoåi neáu maùy bieán aùp ñöôïc caét ñieän vaø naép maùy ñöôïc môû ra. Maùy bieán aùp phaân phoái thöôøng
trang bò theâm caàu chì ôû phía sô caáp ñeå baûo veä ngaén maïch.
1.4 HEÄ THOÁNG MAÏCH VOØNG THÖÙ CAÁP
Khi caøng coù nhieàu phuï taûi ñieän söû duïng ñoäng cô ñieän thì phaùt sinh vaán ñeà nhaáp nhaùy aùnh
saùng daãn ñeán vieäc caàn thieát phaûi söûa ñoåi heä thoáng phaân phoái hình tia trong ñoù moãi ñöôøng daây
caùi thöù caáp ñöôïc cung caáp töø moät maùy bieán aùp rieâng vaø khoâng coù quan heä veà ñieän vôùi caùc ñöôøng
daây caùi thöù caáp khaùc. Trong moät heä thoáng nhö vaäy, doøng ñieän khôûi ñoäng cuûa ñoäng cô laø lôùn so
vôùi doøng phuï taûi bình thöôøng cuûa maùy bieán aùp seõ gaây suït aùp ñoät ngoät vaø gaây chôùp ñeøn. Tuy vaäy,
neáu caùc daây caùi thöù caáp ñöôïc noái voøng nhö trong H.1.3.a,b,c thì doøng khôûi ñoäng töø moät trong ba
daây caùi thöù caáp seõ ñöôïc phaân chia treân ba maùy bieán aùp vaø giaûm bôùt ñöôïc ñoä suït aùp.