Chương 1: Cấu trúc cơ bản của hệ thống điện

Chia sẻ: Mưa Rơi Lặng Thầm | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:23

Thêm vào BST

Báo xấu

121
lượt xem 26
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Chương 1 cung cấp cho bạn đọc các kiến thức về cấp phân phối của hệ thống điện, hệ thống phân phối hình tia, hệ thống mạch vòng thứ cấp, mạch vòng sơ cấp, hệ thống mạng điện phân phối thứ cấp,... Mời bạn đọc tham khảo.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Chương 1: Cấu trúc cơ bản của hệ thống điện

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 1 3 theâm thieát bò töï ñoùng laïi ñeán giaây sau khi maùy caét môû ra vaø moät phaàn lôùn caùc tröôøng hôïp 4 4 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.
19 Hình 1.3: Maïch voøng thöù caáp 1.5 MAÏCH VOØNG SÔ CAÁP Maïch voøng sô caáp ñöôïc duøng ôû caùc khu vöïc coù maät ñoä phuï taûi trung bình vaø lôùn. Coù hai daïng cuûa maïch voøng caùc ñöôøng daây nhaùnh. Daïng thöù nhaát laø ñoùng thöôøng xuyeân moät nhaùnh noái khaån caáp treân hình tia vôùi moät maùy caét b ñoùng thöôøng xuyeân vaø taùc ñoäng khi quaù doøng. Caùc ñöôøng nhaùnh phuï vaø ñöôøng reõ vaãn giöõ nguyeân nhö trong maïch hình tia (H.1.4). Muïc ñích cuûa vieäc boá trí naøy laø ñeå caân baèng phuï taûi treân hai ñöôøng nhaùnh nhôø vaøo ñöôøng daây noái thöôøng tröïc vaø do ñoù laøm baèng phaúng quan heä ñieän aùp theo thôøi gian ñaëc bieät laø khi coù söï khaùc bieät veà thôøi gian giöõa caùc phuï taûi ñænh cuûa caùc phuï taûi. Trong tröôøng hôïp coù söï coá, maùy caét ñöôøng daây môû töùc thôøi vaø taùch rôøi hai ñöôøng daây nhaùnh.
20 Hình 1.4: Phaùt tuyeán noái voøng baèng maùy caét thöôøng ñoùng treân ñöôøng noái khaån caáp Moät daïng khaùc cuûa maïch voøng ñöôøng daây nhaùnh ñöôïc veõ trong H.1.5 duøng chuû yeáu cho moät soá phaân ñoaïn coù phuï taûi coâng nghieäp. Muïc ñích laø ñeå caûi thieän ñoä suït aùp vaø ñoä tin caäy cung caáp ñieän. Ñeå ñaït ñöôïc ñieàu naøy, moät soá maùy caét coù trang bò baûo veä quaù doøng coù höôùng, trong tröôøng hôïp söï coá xaûy ra ôû baát kyø phaân ñoaïn naøo, hai maùy ôû hai ñaàu phaân ñoaïn môû ra vaø loaïi tröø ñöôïc söï coá maø khoâng bò maát ñieän ôû baát cöù phuï taûi naøo. Hình 1.5: Phaùt tuyeán noái maïch voøng 1.6 HEÄ THOÁNG MAÏNG ÑIEÄN PHAÂN PHOÁI THÖÙ CAÁP Heä thoáng maïng ñieän thöù caáp laø heä thoáng tin caäy nhaát cuûa heä thoáng phaân phoái vaø coù ñaëc tính ñieän aùp cuõng nhö choáng nhaáp nhaùy aùnh saùng toát nhaát. Maïng ñieän naøy coù giaù thaønh xaây döïng cao vaø do ñoù chuû yeáu laø duøng cho caùc khu vöïc coù maät ñoä phuï taûi lôùn nhö caùc khu daân cö vaø thöông maïi trong thaønh phoá. Noù coøn ñöôïc aùp duïng roäng raõi cho caùc khu coâng nghieäp maø yeâu caàu veà ñieän aùp, söï linh hoaït vaø lieân tuïc cung caáp ñieän laø öu tieân haøng ñaàu (H.1.6).
21 Ñieän aùp cuûa maïng phaân phoái thöù caáp laø 380/220 V hay 220/127 V ba pha boán daây vaø caùc ñöôøng daây caùi thöù caáp noái vôùi nhau thaønh maét löôùi gaàn nhö ñi theo ñöôøng phoá. Moãi phaân ñoaïn cuûa löôùi laø moät ñöôøng 3 pha boán daây ñi doïc theo ñöôøng phoá goïi laø daây caùi thöù caáp coù theå laø ñöôøng treân khoâng hay ñöôøng caùp. Hình 1.6: Nhöõng neùt chính cuûa heä thoáng maïng phaân phoái thöù caáp Caùc ñoaïn daây vaøo nhaø duøng ñieän ñöôïc laáy doïc treân ñöôøng daây caùi vaø chuùng ñöôïc trang bò caàu dao, baûo veä vaø thieát bò ño. Caùc ñöôøng daây caùi töï noù khoâng ñöôïc gaén caàu chì baûo veä vì theo kinh nghieäm thì baát kyø söï coá ngaén maïch treân maïng löôùi ñieän aùp thaáp ñeàu “chaùy giaûi tröø” vaø vaãn ñeå cho ñöôøng daây laøm vieäc lieân tuïc bình thöôøng neáu nhö doøng ngaén maïch ñuû lôùn. Trong moät soá maïng ñieän hay treân moät soá phaân ñoaïn cuûa maïng ñieän doøng ngaén maïch coù theå khoâng ñuû lôùn ñeå chaùy giaûi tröø söï coá, trong nhöõng tröôøng hôïp nhö vaäy, ngaén maïch duy trì coù theå laøm hö hoûng daây daãn cuûa caùc phaân ñoaïn ñoù. Ñeå khaéc phuïc tình traïng naøy, ngöôøi ta duøng caùc boä “haïn cheá” maéc chen vaøo ñöôøng daây caùi ôû nhöõng ñieåm noái. Boä haïn cheá laø moät loaïi caàu chì ñaëc bieät coù ñaëc tính thôøi gian trì hoaõn vaø chæ ñöùt neáu ngaén maïch duy trì.
22 Löôùi thöù caáp ñöôïc cung caáp töø heä thoáng phaân phoái sô caáp qua caùc maùy bieán aùp phaân phoái hay bieán aùp maïng ñieän thöôøng laø bieán aùp ba pha coâng suaát töø 150 kVA ñeán 1500 kVA vaø moät soá caùc maùy bieán aùp moät pha. Chuùng ñöôïc phaân boá ñeàu treân maïng ñieän. H.1.6 cho thaáy moät tröôøng hôïp trong ñoù moät maùy bieán aùp ñöôïc ñaët ôû moãi ñieåm noái cuûa ñöôøng daây caùi. Thöïc teá, tuøy theo maät ñoä phuï taûi maø caùc maùy bieán aùp ñöôïc phaân boá daøy hôn hay thöa hôn. Caùc maùy bieán aùp ñöôïc cung caáp töø caùc phaùt tuyeán sô caáp coù ñieän aùp cao töø 4 kV ñeán 20 kV vaø thöôøng laø hình tia nghóa laø caùc phaùt tuyeán naøy khoâng noái keát vôùi nhau ngoaïi tröø ôû thanh goùp cuûa traïm bieán aùp phaân phoái. Phaùt tuyeán thöôøng laø ñöôøng daây ba pha ba daây hoaëc boán daây, treân khoâng hoaëc caùp ngaàm, caùc ñöôøng naøy chæ ñoùng caét duy nhaát töø maùy caét taùc ñoäng theo baûo veä quaù doøng ñaët ôû ñaàu ñöôøng daây ôû thanh caùi traïm bieán aùp phaân phoái vaø môû ra khi coù ngaén maïch treân phaùt tuyeán. Maùy caét naøy töï noù khoâng giaûi tröø ñöôïc söï coá vì ngaén maïch vaãn coøn toàn taïi (sau khi maùy caét ñaàu ñöôøng daây môû) töø phía maïng thöù caáp xuyeân qua maùy bieán aùp phaân phoái. Tình traïng naøy ñöôïc khaéc phuïc baèng “boä baûo veä maïng ñieän” thöïc chaát laø moät maùy caét ñieän aùp thaáp maø seõ töï ñoäng môû khi coù doøng coâng suaát chaïy ngöôïc nghóa laø ñi töø maïng haï aùp ngöôïc trôû laïi maùy bieán aùp. Dao caùch ly thuaàn tuùy thao taùc baèng tay khi khoâng coù doøng ñieän ñöôïc ñaët giöõa phaùt tuyeán vaø maùy bieán aùp. Dao caùch ly ñöôïc môû ra khi söûa chöõa ñöôøng daây vaø dao thöôøng ñöôïc noái ñaát ñeå baûo veä an toaøn khi söûa chöõa ñöôøng daây. 1.7 HEÄ THOÁNG MAÏNG ÑIEÄN SÔ CAÁP Hình 1.7: Heä thoáng maïng phaân phoái sô caáp
23 Heä thoáng phaân phoái maïng ñieän sô caáp ñöôïc duøng trong khu vöïc thaønh phoá. Toång quaùt, heä thoáng naøy yeâu caàu moät soá löôïng lôùn caùc traïm bieán aùp coâng suaát nhoû vaø nhieàu maïch truyeàn taûi phuï ñi ñeán caùc traïm naøy hôn laø trong heä thoáng hình tia. Nhöõng heä thoáng naøy coù ñaëc tính ñieän aùp toát hôn, coù tính lieân tuïc cung caáp ñieän cao vaø kinh teá hôn heä thoáng hình tia khi maät ñoä phuï taûi cao hôn khoaûng 1000 kVA/km2. Caáu truùc cuûa maïng sô caáp gioáng nhö maïng thöù caáp ngoaïi tröø chuùng bao goàm caùc ñöôøng daây nhaùnh thay vì laø caùc ñöôøng daây caùi thöù caáp. H.1.7 trình baøy moät phaàn cuûa maïng sô caáp. Maùy bieán aùp phaân phoái ñöôïc maéc doïc theo daây caùi sô caáp vôùi nhöõng ñoaïn cung caáp vaøo nhaø doïc theo daây caùi cuûa maïng thöù caáp. Caùc maïch thöù caáp ôû ñaây ñeàu coù daïng hình tia. 1.8 CAÁÙP TRUYEÀN TAÛI PHUÏ CUÛA HEÄ THOÁNG ÑIEÄN Heä thoáng truyeàn taûi phuï thöôøng ñöôïc cung caáp töø thanh caùi cuûa traïm bieán aùp khu vöïc (hay traïm trung gian) vaø phaân phoái ñieän naêng ñeán caùc traïm bieán aùp phaân phoái. Theo nguyeân taéc phaân chia theo haøng, caùc heä thoáng truyeàn taûi phuï laân caän chæ lieân keát veà ñieän vôùi nhau thoâng qua heä thoáng truyeàn taûi. Vai troø cuûa heä thoáng truyeàn taûi phuï hoaøn toaøn gioáng vai troø cuûa heä thoáng phaân phoái, ngoaïi tröø noù duy trì moät khoái löôïng coâng suaát lôùn hôn, caáp ñieän aùp cao hôn vaø soá caùc traïm bieán aùp phaân phoái cung caáp bôûi heä thoáng truyeàn taûi phuï thöôøng ít hôn soá maùy bieán aùp phaân phoái trong heä thoáng phaân phoái. Heä thoáng truyeàn taûi phuï ñöôïc phaân bieät vôùi heä thoáng truyeàn taûi ôû choã laø khoâng coù söï lieân keát giöõa caùc nhaø maùy qua caáp truyeàn taûi phuï. Hình 1.8: Heä thoáng truyeàn taûi phuï Hình 1.9: Heä thoáng truyeàn taûi phuï hình tia vôùi hình tia ñöôøng chuyeån maïch Moät vaøi phaàn cuûa heä thoáng ñieän truyeàn taûi phuï vöøa cung caáp cho traïm bieán aùp phaân phoái vöøa noái vôùi caùc nhaø maùy ñieän thì ñuùng hôn nhöõng phaàn naøy coù theå ñöôïc xem laø moät phaàn cuûa heä
24 thoáng truyeàn taûi maëc duø caáp ñieän aùp cuûa noù thöôøng ñöôïc duøng cho heä thoáng truyeàn taûi phuï. Caáp ñieän aùp cuûa heä thoáng truyeàn taûi phuï thay ñoåi töø 35 kV ñeán 69 kV, ñieän aùp cao hôn öùng vôùi maät ñoä phuï taûi lôùn hoaëc khoaûng caùch taûi ñieän töông ñoái xa. Ñöôøng daây truyeàn taûi phuï laø ñöôøng daây ba pha, ba daây. Caáu truùc cuûa heä thoáng truyeàn taûi phuï thay ñoåi töø daïng hình tia ñeán daïng maïng ñieän. Chi phí xaây döïng cuõng taêng töø daïng hình tia sang daïng maïng ñieän, theo ñoù caàn phaûi tieán haønh so saùnh kinh teá kyõ thuaät ñeå coù söï keát hôïp giöõa moät phí toån hôïp lyù vaø ñoä tin caäy cuûa heä thoáng truyeàn taûi phuï vaø heä thoáng phaân phoái. Roõ raøng seõ khoâng hôïp lyù khi cung caáp moät maïng ñieän thöù caáp coù ñoä tin caäy cao töø moät heä thoáng truyeàn taûi phuï hình tia khoâng tin caäy hay ngöôïc laïi, xaây döïng moät maïng ñieän truyeàn taûi phuï tin caäy, toán keùm chæ ñeå cung caáp cho caùc ñöôøng daây hình tia trong caáp phaân phoái cuõng seõ khoâng hôïp lyù. Hình 1.8 trình baøy moät heä thoáng truyeàn taûi phuï hình tia ôû noâng thoân. Moãi traïm bieán aùp phaân phoái ñöôïc cung caáp baèng moät ñöôøng daây ñôn vaø nhö vaäy khi coù söï coá ñöôøng daây, vieäc cung caáp ñieän bò giaùn ñoaïn cho ñeán khi ñöôøng daây ñöôïc söûa chöõa laïi. Ñeå caûi tieán heä thoáng hình tia, H.1.9 ñöa ra sô ñoà coù tính lieân tuïc cung caáp cao hôn baèng caùch cung caáp cho caùc traïm baèng hai ñöôøng daây, neáu moät maïch truyeàn taûi cung caáp cho moät traïm phaân phoái bò söï coá, vieäc cung caáp cho traïm naøy ñöôïc phuïc hoài baèng caùch chuyeån maïch sang ñöôøng daây coøn laïi. Söï chuyeån maïch naøy coù theå laøm töï ñoäng neáu ñaët maùy caét ôû hai phía cuûa traïm phaân phoái (xem caùc traïm beân döôùi cuûa hình veõ) nhöng neáu chæ thao taùc baèng dao caùch ly nhö traïm treân cuøng thì vieäc chuyeån maïch baèng tay phaûi toán thôøi gian vì tröôùc khi thao taùc dao caùch ly, taát caû caùc phaùt tuyeán cuûa traïm bieán aùp phaân phoái phaûi ñöôïc môû ra ñeå traùnh vieäc ñoùng dao caùch ly khi coù taûi. Caùc ñöôøng daây keùp (hai loä) cuûa maïch truyeàn taûi phuï khoâng nhaát thieát ñi cuøng treân moät tuyeán. Vò trí cuûa hai loä naøy coù theå caùch xa nhau vì hai ñöôøng daây rieâng bieät ít khi naøo coù söï coá xaûy ra. Heä thoáng ñieän cuûa sô ñoà H.1.9 ñöôïc xaây döïng vôùi caùc ñöôøng daây truyeàn taûi phuï maïch kín nhöng chuùng vaän haønh hôû. Vieäc ñoùng thöôøng tröïc caùc maùy caét thöôøng môû seõ bieán thaønh moät heä thoáng kín nhö trong H.1.10. Heä thoáng maïch voøng loaïi tröø Hình 1.10: Heä thoáng truyeàn taûi phuï maïch voøng kín
25 vieäc ngöøng cung caáp ñeán caùc traïm phaân phoái khi coù söï coá treân maïch truyeàn taûi phuï. Tuy nhieân, yeâu caàu baûo veä phöùc taïp vaø caàn nhieàu döï tröõ treân maïch truyeàn taûi phuï laøm cho heä thoáng naøy caøng ñaét tieàn. 1.9 TRAÏM BIEÁN AÙP PHAÂN PHOÁI Traïm bieán aùp phaân phoái laø ñieåm chuyeån ñieän naêng giöõa heä thoáng truyeàn taûi phuï vaø heä thoáng phaân phoái. Tröôùc ñaây thöôøng taäp trung moät soá lôùn caùc phaùt tuyeán ñöôïc cung caáp töø moät soá löôïng nhoû caùc traïm phaân phoái coù ngöôøi tröïc nhaät. Caùc traïm naøy thöôøng ñöôïc xaây döïng rieâng leû neân möùc tieâu chuaån hoùa veà caùch boá trí caùc thieát bò khoâng cao. Trong nhöõng naêm gaàn ñaây, khuynh höôùng môùi laø phaân raûi vieäc chuyeån coâng suaát cho moät soá lôùn caùc traïm phaân phoái nhoû chæ cung caáp moät soá löôïng vöøa phaûi caùc phaùt tuyeán. Nhöõng traïm naøy thöôøng khoâng coù ngöôøi tröïc maëc duø ñoâi khi phaûi giaùm saùt, thöôøng laø loaïi hôïp boä, boïc kim loaïi ñöôïc cheá taïo töø nhaø maùy vaø coù ñoä tieâu chuaån hoùa raát cao. Loaïi traïm phaân phoái ñôn giaûn nhaát ñöôïc cung caáp töø moät ñöôøng daây loä ñôn truyeàn taûi phuï, moät maùy bieán aùp vaø coù theå coù moät hay nhieàu ñaàu ra phaùt tuyeán phía thöù caáp (H.1.11a vaø b). Hình 1.11: Traïm bieán aùp phaân phoái ñôn giaûn Sô ñoà naøy giaù thaønh khoâng cao vaø ñoä tin caäy thaáp vaø chæ duøng ôû noâng thoân hay ñoâ thò coù maät ñoä phuï taûi thaáp. Trong heä thoáng maïng phaân phoái sô caáp, caùc traïm naøy ñöôïc duøng ôû nhöõng nôi coù maät ñoä phuï taûi cao (H.1.7) vaø caùc caáu truùc maïng ñieän phaûi coù ñoä tin caäy caàn thieát. Moät phöông aùn khaùc cuûa maïch truyeàn taûi phuï, coù caùch boá trí khí cuï coù theå thao taùc baèng tay hay töï ñoäng nhö trong H.1.12.
26 Hình 1.12: Traïm bieán aùp phaân phoái ñôn giaûn vôùi caùch boá trí chuyeån maïch phía sô caáp Hai sô ñoà ñaàu a) vaø b) giaûi thích töông töï nhö ôû H.1.9 vaø H.1.10, sô ñoà thöù ba c) ñaét tieàn hôn nhöng ñöôïc chuoäng hôn khoâng nhöõng vì chuyeån maïch töï ñoäng khi coù söï coá treân ñöôøng daây truyeàn taûi phuï maø bôûi vì noù vaãn hoaït ñoäng trong tröôøng hôïp moät maùy bieán aùp bò hö hoûng. Khi noái vôùi ñöôøng daây loä keùp H.1.9, moät trong hai maùy caét cuûa H.1.12c) (thay dao caùch ly baèng maùy caét) ôû vò trí thöôøng môû vaø noù chæ ñoùng laïi neáu maùy caét kia môû ra khi khoâng coù ñieän aùp veà phía noái vôùi ñöôøng daây truyeàn taûi phuï. Maët khaùc, khi maéc vôùi sô ñoà heä thoáng maïch kín hay heä thoáng maïng ñieän (nhö H.1.10) caû hai maùy caét ñeàu thöôøng ñoùng. Söï chuyeån ñoåi dao caùch ly töï ñoäng cuøng vôùi vieäc giaûm bôùt soá maùy caét coù theå ñöôïc thöïc hieän baèng caùch duøng maùy caét noái phaân ñoaïn ôû thanh goùp ñieän aùp thaáp (H.1.13). Hình 1.13: Traïm bieán aùp phaân phoái vôùi maùy caét noái phaân ñoaïn phía ñieän aùp thaáp
27 Trong H.1.13a maùy caét phaân ñoaïn coù theå thöôøng ñoùng hay thöôøng môû tuøy theo sô ñoà baûo veä. H.1.13b laø söï phaùt trieån cuûa sô ñoà H.1.13a cho traïm coù nhieàu phaùt tuyeán, moãi maùy bieán aùp thöôøng cung caáp cho hai phaùt tuyeán vaø neáu moät trong caùc maùy bieán aùp bò maát ñieän töø phía truyeàn taûi phuï thì hai phaùt tuyeán ñöôïc chuyeån sang caùc phaân ñoaïn laân caän qua maùy caét phaân ñoaïn. Ñeå yù raèng chæ coù 50% quaù taûi söï coá ñöôïc phaân boá treân moãi maùy bieán aùp coøn laïi. Caùc heä thoáng ñaëc bieät tin caäy chaúng haïn heä thoáng maïng thöù caáp cuõng ñoøi hoûi ñöôïc cung caáp töø caùc traïm bieán aùp phaân phoái ñaëc bieät tin caäy. Sô ñoà H.1.14 duøng heä thoáng hai thanh goùp phía ñieän aùp thaáp. Hình 1.14: Traïm bieán aùp phaân phoái vôùi thanh goùp ñoâi phía thöù caáp Sô ñoà naøy tin caäy vì khoâng nhöõng chuyeån maïch töï ñoäng cho caùc phaùt tuyeán trong tröôøng hôïp coù söï coá treân heä thoáng truyeàn taûi phuï hay maùy bieán aùp maø ngay caû khi coù söï coá treân thanh goùp. Trong tröôøng hôïp söï coá thanh goùp treân, taát caû caùc phaùt tuyeán vaø maùy bieán aùp ñöôïc chuyeån veà thanh goùp döôùi duøng laøm döï tröõ. Heä thoáng naøy cuõng taïo söï deã daøng ñeå baûo trì, söûa chöõa thanh goùp. Veà phía truyeàn taûi phuï coù theå coù hay khoâng coù thanh goùp phuï (veõ ñöùt neùt trong H.1.14) duøng ñeå cung caáp cho maùy bieán aùp khi ñöôøng daây truyeàn taûi phuï noái vôùi maùy bieán aùp
28 naøy bò söï coá. Coøn nhieàu sô ñoà phöùc taïp hôn cuõng ñöôïc duøng beân phía truyeàn taûi phuï ngay caû duøng heä thoáng thanh goùp ñoâi nhö ôû phía ñieän aùp thaáp. Vì söï coá maùy bieán aùp ít khi xaûy ra cho heä thoáng truyeàn taûi phuï neân söï coá maùy bieán aùp khoâng laø vaán ñeà quan taâm, maùy bieán aùp ñöôïc baûo veä nhö moät phaàn cuûa ñöôøng daây truyeàn taûi phuï vaø seõ khoâng coù maùy caét hay caàu chì ôû phía cao aùp cuûa maùy bieán aùp tröø khi doøng ngaén maïch gaây ra bôûi söï coá maùy bieán aùp quaù nhoû ñeán noãi khoâng taùc ñoäng maùy caét ñöôøng daây. 1.10 CAÁP TRUYEÀN TAÛI CUÛA HEÄ THOÁNG ÑIEÄN Heä thoáng truyeàn taûi khaùc vôùi heä thoáng truyeàn taûi phuï veà tính chaát vaø veà vaän haønh. Söï khaùc bieät naøy moät phaàn laø do khoái coâng suaát duy trì trong heä thoáng truyeàn taûi lôùn hôn nhieàu. Söï khaùc bieät chuû yeáu laø trong khi caùc heä thoáng truyeàn taûi phuï vaø phaân phoái nhaän ñieän naêng töø moät nguoàn duy nhaát vaø chuyeån taûi cho caùc phuï taûi rieâng bieät hay cho caùc traïm bieán aùp phaân phoái thì heä thoáng truyeàn taûi lieân keát taát caû caùc nguoàn phaùt ñieän trong heä thoáng vaø do vaäy, ngoaøi vieäc chuyeån taûi coâng suaát ñeán caùc traïm trung gian vaø caùc phuï taûi lôùn, heä thoáng truyeàn taûi coøn ñieàu ñoä vieäc trao ñoåi hay söï tham gia hoã töông giöõa caùc nhaø maùy ñöôïc lieân keát. Theo tính chaát cuûa phuï taûi maø heä thoáng truyeàn taûi cung caáp coù hai loaïi heä thoáng ñieän: 1- Heä thoáng ñieän kieåu ñoâ thò Heä thoáng naøy cung caáp cho khu vöïc ñoâ thò töông ñoái nhoû nhöng coù maät ñoä phuï taûi raát cao. Trong moät soá tröôøng hôïp caùc nhaø maùy ñieän ñöôïc ñaët trong vuøng phuï taûi cuûa heä thoáng ñieän, trong caùc tröôøng hôïp khaùc thì phaàn chuû yeáu cuûa caùc nguoàn phaùt laø nhaø maùy thuûy ñieän ñöôïc ñaët ôû caùch xa thaønh phoá. Trong tröôøng hôïp sau naøy ñieän naêng ñöôïc taûi ñeán thaønh phoá töø caùc nhaø maùy thuûy ñieän qua caùc ñöôøng daây truyeàn taûi daøi. 2- Heä thoáng ñieän kieåu khoâng taäp trung Teân heä thoáng ñieän noâng thoân thöôøng duøng ñeã goïi heä thoáng naøy ñoâi luùc khoâng thích hôïp vì coù heä thoáng cung caáp moät vuøng laõnh thoå roäng lôùn trong ñoù coù theå coù caùc ñòa phöông taäp trung phuï taûi lôùn (caùc thò xaõ, thò traán, khu coâng nghieäp) cuõng nhö caùc vuøng noâng thoân coù phuï taûi nhoû. Treân cô sôû veà phöông caùch lieân keát vaø vaän haønh song song caùc nhaø maùy ñieän duy trì beân trong heä thoáng coù theå chia laøm ba kieåu caên baûn maëc duø heä thoáng thöïc teá coù theå coù söï ña daïng. 3- Heä thoáng ñöôïc ñoàng boä ôû phuï taûi Trong tröôøng hôïp naøy, khoâng coù söï noái tröïc tieáp giöõa caùc nhaø maùy ñieän hoaëc ngay caû giöõa caùc maùy phaùt rieâng leû trong cuøng moät nhaø maùy maø moãi phuï taûi quan troïng ñöôïc cung caáp töø hai hay nhieàu maùy phaùt hay traïm phaùt ñieän sao cho nhöõng maùy phaùt hay traïm phaùt ñieän naøy ñöôïc noái song song ôû phuï taûi. Heä thoáng naøy khoâng tin caäy vaø ñaõ loãi thôøi vì khi moät nguoàn phaùt bò caét ra, caùc nguoàn khaùc phaûi gaùnh taûi, do ñoù chuùng seõ quaù taûi vaø coù theå bò caét ra khoûi löôùi, cuoái cuøng toaøn boä heä thoáng bò caét ñieän vaø söï coá “raõ löôùi” xaûy ra. Heä thoáng cuõ xöa naøy cung caáp cho maïng ñieän thöù caáp lôùn lieân keát chaët cheõ trong thaønh phoá maø caùc phaùt tuyeán ñöôïc cung caáp töø caùc nhaø maùy vaø chính nhöõng nhaø maùy naøy khoâng coøn caùch lieân keát naøo khaùc ngoaïi tröø thoâng qua maïng ñieän haï aùp. Do coù söï coá raõ löôùi maø heä thoáng thöù caáp ñöôïc chia ra laøm nhieàu khu vöïc nhoû tröôùc khi noù coù theå ñöôïc taùi laäp laïi vì khoù loøng maø taùi laäp ñoàng thôøi cho toaøn boä heä thoáng töø taát caû caùc nguoàn phaùt, roõ raøng laø khoâng theå ñöôïc. Kieåu ñoàng boä taïi phuï taûi naøy khoâng coøn söû duïng nöõa nhöng ôû ñaây ñöôïc neâu ra ñeå cho thaáy veà yeâu caàu phaûi coù moät caáu truùc heä thoáng hôïp lyù.
29 4- Heä thoáng lieân keát yeáu Trong tröôøng hôïp naøy heä thoáng ñöôïc chia thaønh nhöõng vuøng phuï taûi (H.1.15) ñöôïc bao boïc bôûi caùc maùy caét sao cho chuùng coâ laäp toaøn boä caùc vuøng phuï taûi trong tröôøng hôïp söï coá naëng neà, ñoøi hoûi phaûi coù söï coâ laäp nhö vaäy. Moãi vuøng coù nguoàn phaùt ñieän rieâng hay coù theå moät phaàn cuûa caùc nhaø maùy coù khaû naêng phaùt ñieän ñuû ñeå cung caáp cho phuï taûi neáu vuøng ñoù bò taùch rôøi khoûi phaàn coøn laïi cuûa heä thoáng. Ñeå duy trì vaän haønh moät heä thoáng nhö vaäy ñoøi hoûi phaûi coù söï theo doõi caån thaän vì coù söï chuyeån taûi coù tính cô hoäi giöõa caùc vuøng, vì vaäy tính linh hoaït trong vaän haønh bò haïn cheá. Tuy vaäy, söï coá choàng chaát do maát ñieän khoù coù theå xaûy ra vaø neáu coù xaûy ra thì cuõng deã daøng taùi laëp laïi. Moät daïng khaùc cuûa heä thoáng lieân keát yeáu laø toaøn heä thoáng ñöôïc chia laøm hai heä thoáng ñoäc laäp caùc ñöôøng daây truyeàn taûi cao aùp. Moãi heä thoáng ñöôïc cung caáp khoaûng moät nöûa toång coâng suaát phaùt trong toaøn heä thoáng. Hai heä thoáng naøy ñöôïc lieân keát song song vôùi nhau veà maët ñòa lyù nhöng chuùng ñöôïc ñoàng boä vôùi nhau qua caùc ñöôøng daây lieân keát vaø caùc phuï taûi quan troïng ñöôïc cung caáp lieân laïc nhau giöõa hai heä thoáng. 5- Heä thoáng lieân keát chaët cheõ Trong khi heä thoáng lieân keát yeáu chæ xem caùc ñöôøng daây lieân keát giöõa caùc vuøng coù tính döï tröõ luùc söï coá hay luùc khaån caáp vaø duy trì moät doøng coâng suaát thaáp treân nhöõng ñöôøng daây naøy trong tình traïng bình thöôøng thì heä thoáng lieân keát chaët söû duïng moät maïng ñieän lieân keát vöõng chaéc trong ñoù khoâng coù duïng yù xaùc ñònh caùc vuøng phuï taûi maø hôn theá nöõa caùc ñöôøng daây truyeàn taûi ñöôïc söû duïng tuøy yù ñeå coù theå truyeàn taûi ñieän naêng töø nôi saûn xuaát kinh teá nhaát ñeán nôi maø noù caàn ñöôïc tieâu thuï ñuùng vaøo luùc caàn thieát. Trong tröôøng hôïp xaûy ra söï coá, heä thoáng naøy lieân heä moät caùch tuyeät ñoái ñeán khaû naêng döï tröõ trong heä thoáng sau khi ñaõ loaïi tröø ñöôøng daây hay thieát bò bò söï coá. Vieäc thöïc hieän naøy laøm taêng tính kinh teá cuõng nhö tính vaän haønh linh hoaït cuûa heä thoáng. Söï tin caäy coøn tuøy thuoäc vaøo caùc thieát bò baûo veä vaø khaû naêng döï tröõ saün coù beân trong heä thoáng vaø tính oån ñònh cuûa heä thoáng. Veà maët caáu truùc coù ba kieåu caên baûn cuûa heä thoáng truyeàn taûi ñöôïc phaân bieät nhö sau: a) Heä thoáng maïng ñieän hoaøn toaøn laø kieåu toång quaùt nhaát noù coù theå ñöôïc lieân keát yeáu hoaëc chaët cheõ. Vì baát kyø phuï taûi naøo cuõng ñöôïc cung caáp baèng nhieàu ñöôøng daây ñöa ñeán neân nhöõng maïng ñieän kieåu naøy phuø hôïp hôn cho heä thoáng ñieän lieân keát chaët. b) Kieåu “xöông soáng” goàm moät soá caùc ñöôøng daây truyeàn taûi maïnh keùo doïc xuyeân suoát heä thoáng (H.1.15). Phuï taûi vaø nhaø maùy ñöôïc phaân boá doïc theo xöông soáng trong ñoù nhaø maùy bieåu dieãn baèng khoái toâ ñaäm.
30 Hình 1.15: Heä thoáng ñieän lieân keát kieåu xöông soáng c) Kieåu vaønh ñai Hình 1.16: Heä thoáng lieân keát kieåu vaønh ñai
31 Hình 1.16 laø moät ví duï veà kieåu vaønh ñai töông töï nhö kieåu xöông soáng ngoaïi tröø xöông soáng kheùp kín thaønh vaønh ñai. Kieåu heä thoáng thöôøng ñöôïc duøng cung caáp cho khu vöïc ñoâ thò. Ñeå yù raèng caùc ñöôøng daây vaønh ñai theo nghóa roäng bieåu dieãn cho heä thoáng hai thanh goùp voøng boïc quanh thaønh phoá. Heä thoáng truyeàn taûi coù ít nhaát hai caáp ñieän aùp chuùng coù theå hoaëc phoái hôïp phuï thuoäc (khi maø caáp ñieän aùp cao choàng leân caáp ñieän aùp thaáp hôn treân khaép vuøng vaø bieåu dieãn cho moät loaïi ñöôøng toác haønh ñeå cuûng coá cho caáp ñieän aùp thaáp hôn ôû moät soá ñieåm thích hôïp hoaëc phoái hôïp ngang caáp nhau trong ñoù hai caáp ñieän aùp coù cuøng chöùc naêng nhö nhau nhöng ôû hai vuøng khaùc nhau. ÔÛ Vieät Nam caùc caáp ñieän aùp tieâu bieåu laø: 110 kV, 220 kV, 500 kV. Caùc ñöôøng daây truyeàn taûi thöôøng laø ñöôøng daây treân khoâng ba pha ba daây, khoâng coù daây trung tính nhöng coù trung tính noái ñaát taïi caùc traïm bieán aùp. 1.11 CAÁP LIEÂN HÔÏP HEÄ THOÁNG Heä thoáng ñieän lieân keát ngaøy nay ñöôïc phaùt trieån vì ngaønh coâng nghieäp naêng löôïng sôùm nhaän thöùc raèng neáu lieân keát taát caû caùc phöông tieän saûn xuaát ñieän naêng cuûa moät coâng ty ñieän löïc seõ phaùt huy ñaùng keå tính kinh teá vaø ñoä tin caäy trong vaän haønh vaø löôïng coâng suaát döï tröõ nhaøn roãi coù theå ñöôïc huy ñoäng ñuùng möùc. Caøng veà sau caøng nhaän thöùc ñöôïc raèng nhöõng thuaän lôïi töông töï cuõng coù theå thöïc hieän treân bình dieän roäng lôùn hôn neáu nhö toå hôïp taát caû caùc phöông tieän cuûa nhieàu coâng ty khaùc nhau treân moät vuøng ñòa lyù roäng lôùn (thöôøng trong phaïm vi lieân bang nhö ôû Myõ, Nga, hay heä thoáng ñieän lieân hôïp ôû chaâu AÂu, Baéc Myõ). Vieäc keát thaønh moät khoái hôïp nhaát naøy ñöôïc thöïc hieän baèng caùch lieân keát caùc coâng ty ñieän löïc vôùi nhau qua caùc ñöôøng daây noái. Caùc thuaän lôïi ruùt ra töø phöông thöùc naøy vaø ñöôøng daây noái giöõa caùc nhaø maùy vaø giöõa caùc heä thoáng ñoäc laäp noùi chung ñöôïc xaây döïng vì nhöõng lyù do nhö sau: 1) Ñeå taäp trung vieäc huy ñoäng khaû naêng döï tröõ cuûa toaøn heä thoáng; 2) Cho pheùp trao ñoåi ñieän naêng vôùi chi phí saûn xuaát kinh teá nhaát; 3) Taän duïng ñöôïc söï phaân taùn theo thôøi gian cuûa caùc phuï taûi ñænh cuûa heä thoáng hay cuûa caùc vuøng (söï khoâng ñoàng thôøi giöõa caùc phuï taûi ñænh); 4) Cung caáp khaû naêng truyeàn taûi ñeán caùc traïm bieán aùp phaân phoái ñaët ôû caùc trung taâm phuï taûi (baèng caùch khaùc thì seõ khoâng cung caáp ñieän ñaày ñuû ñöôïc). Vì nhöõng lyù do lieân keát caùc nhaø maùy ñieän beân trong moät heä thoáng ñieän cuõng töông töï nhö lyù do lieân keát nhieàu heä thoáng ñieän beân trong moät heä thoáng lieân hôïp vaø nhö vaäy heä thoáng lieân hôïp cuõng phaùt sinh ra caùc vaán ñeà töông töï nhö trong heä thoáng ñieän. Tuy vaäy, ñöôøng daây noái trong heä thoáng ñieän lieân hôïp cuõng toàn taïi nhieàu vaán ñeà ñaëc bieät vì coù hai söï khaùc bieät giöõa hai loaïi heä thoáng naøy. 1) Caùc nhaø maùy ñieän lieân keát beân trong heä thoáng ñieän thöôøng thuoäc veà cuøng moät coâng ty hoaëc cuøng chòu söï quaûn lyù chung trong khi caùc ñöôøng daây noái lieân keát caùc heä thoáng ñieän coù chuû quyeàn khaùc nhau. 2) Söï lieân keát beân trong heä thoáng thöôøng laø lieân keát chaët cheõ. Khaû naêng taûi treân caùc ñöôøng daây lieân keát cuõng caân xöùng vôùi khaû naêng phaùt ñieän cuûa caùc nhaø maùy ñöôïc lieân keát. Trong khi ñoù phaàn lôùn caùc ñöôøng daây noái trong heä thoáng lieân hôïp thöôøng laø lieân keát yeáu, khaû naêng taûi cuûa chuùng chæ laø moät phaàn nhoû so vôùi toång coâng suaát cuûa caùc heä thoáng ñöôïc lieân keát.
32 1.12 CAÙC BAØI TOAÙN CHÍNH CUÛA HEÄ THOÁNG ÑIEÄN Treân ñaây ñaõ moâ taû sô löôïc caáu truùc cuûa moät heä thoáng ñieän vaø ít nhieàu ñaõ ñeà caäp ñeán caùc vaán ñeà chính cuûa heä thoáng. Trong tình traïng vaän haønh bình thöôøng (ôû cheá ñoä xaùc laäp) cuûa heä thoáng, muïc tieâu laø saûn xuaát ñieän naêng taïi nôi ñöôïc coi laø kinh teá nhaát vaøo thôøi ñieåm ñang xeùt vaø truyeàn taûi, phaân phoái ñieän naêng ñoù ñeán caùc ñieåm caàn ñöôïc cung caáp vôùi ñieän aùp vaø taàn soá ñöôïc duy trì trong giôùi haïn cho pheùp. Söï phöùc taïp cuûa coâng taùc naøy coù theå phaùt sinh do söï lieân keát cuûa caùc nhaø maùy ñieän vaø tính ña daïng cuûa caùc phuï taûi. Khi söï coá xaûy ra, söï coá phaûi ñöôïc loaïi tröø baèng caùch choïn loïc ñoaïn ñöôøng daây hay thieát bò bò söï coá khi caét maùy caét coù noái ñeán phaàn töû bò söï coá. Ñaây laø nhieäm vuï cuûa baûo veä rôle cuûa heä thoáng baûo veä maïng ñieän (coøn goïi laø maïch nhò thöù), heä thoáng baûo veä naøy seõ ra leänh caét ñuùng maùy caét caàn thieát. Trong maïng ñieän roäng lôùn, vieäc choïn ñuùng nhöõng maùy caét naøy laø moät baøi toaùn phöùc taïp theo ñoù phaûi thieát keá moät heä thoáng baûo veä ñeå ñoái phoù vôùi baøi toaùn naøy, caùc khaûo saùt chính xaùc veà söï phaân boá doøng ñieän vaø ñieän aùp laø caàn thieát ñoái vôùi ngaén maïch ñoái xöùng vaø khoâng ñoái xöùng. Caùc khaûo saùt naøy cuõng cho pheùp choïn löïa maùy caét ñieän coù khaû naêng caét thích hôïp. Heä thoáng ñieän xoay chieàu lieân keát hai hay nhieàu nhaø maùy coù caùc giôùi haïn coâng suaát voán coù vaø caùc giôùi haïn naøy coù khaû naêng gaây ra dao ñoäng cô ñieän cuûa roâtor maùy phaùt neáu heä thoáng bò ñoät bieán do ngaén maïch. Moïi cheá ñoä giôùi haïn vöôït quaù coâng suaát hay ñeå cho hình thaønh caùc dao ñoäng quaù möùc ñeàu gaây ra maát ñoàng boä giöõa caùc maùy phaùt ñieän vaø gaây ra söï suïp ñoå toaøn dieän trong vaän haønh heä thoáng (raõ löôùi). Ñieàu naøy phaùt sinh vaán ñeà quan troïng cuûa heä thoáng laø oån ñònh heä thoáng ñieän. Vaán ñeà möùc caùch ñieän bò chi phoái nhieàu bôûi quaù ñieän aùp hôn laø luùc vaän haønh bình thöôøng. Coù theå laø quaù ñieän aùp taàn soá coâng nghieäp (50 Hz) gaây ra bôûi ngaén maïch chaïm ñaát treân ñöôøng daây daøi vaø ngay caû treân ñöôøng daây daøi ñang khoâng taûi nhöng coù mang ñieän aùp, hoaëc coù theå laø quaù ñieän aùp hoaï taàn gaây ra khi coù ngaén maïch khoâng ñoái xöùng treân ñöôøng daây daøi ñöôïc cung caáp töø maùy phaùt ñieän cöïc loài khoâng coù cuoän caûn hoaëc cuõng coù theå laø quaù ñieän aùp quaù ñoä gaây ra do quaù trình ñoùng caét caùc phaàn töû trong heä thoáng (quaù ñieän aùp noäi boä) hay quaù ñieän aùp khí quyeån do seùt ñaùnh vaøo ñöôøng daây hay traïm bieán aùp. Caùc quaù ñieän aùp naøy ñoøi hoûi phaûi coù söï phoái hôïp hôïp lyù caùc möùc caùch ñieän vaø thieát keá caùch ñieän ñöôøng daây, vieäc phaùt trieån caùc loaïi choáng seùt cuõng nhaèm baûo veä caùc phaàn töû choáng quaù ñieän aùp. Coøn nhieàu vaán ñeà khaùc coù lieân quan ñeán vieäc vaän haønh heä thoáng chaúng haïn nhö: phöông phaùp noái ñaát trung tính cuûa maùy bieán aùp vaø maùy phaùt, söï keát hôïp ñöôøng daây ñieän löïc vaø ñöôøng daây thoâng tin ñeå traùnh nhieãu loaïn, caùc phöông phaùp ñoái phoù vôùi tình traïng khaån caáp khi coù söï maát taïm thôøi moät nguoàn phaùt ñieän, löôïng döï tröõ coâng suaát caàn thieát, söï thích nghi vôùi phaùt trieån trong töông lai, qui hoaïch vaø thieát keá heä thoáng ñieän, ñaûm baûo tính linh hoaït vaän haønh caùc thieát bò theo quan ñieåm baûo quaûn caùc thieát bò… Giaûi phaùp cuûa baát cöù vaán ñeà naøo cuõng ñaët treân cô sôû keát hôïp caùc nhu caàu kyõ thuaät vaø tính khaû thi veà maët kinh teá. Trong caùc muïc tröôùc ñaõ ñeà caäp ñeán heä thoáng ñieän bao goàm chuû yeáu caùc ñöôøng daây taûi ñieän töø caùc ñöôøng daây noái lieân keát thaønh heä thoáng ñieän lieân hôïp cho ñeán taän caùc ñoaïn daây nhoû cung caáp cho nhaø duøng ñieän. Nhö vaäy, cô baûn cho moïi khaûo saùt heä thoáng ñieän laø vieäc khaûo saùt caùc vaán ñeà cuûa ñöôøng daây truyeàn taûi. Theo ñoù, moät phaàn cuûa giaùo trình naøy taäp trung vaøo vaán ñeà
33 cuûa ñöôøng daây taûi ñieän. Ñeå khaûo saùt vaän haønh cuûa rieâng moät ñöôøng daây caàn thieát phaûi bieát caùc ñaëc tröng cuûa ñöôøng daây nhö ñieän caûm, ñieän dung vaø xaùc ñònh caùc haèng soá cuûa ñöôøng daây. 1.13 GIÔÙI THIEÄU HEÄ THOÁNG ÑIEÄN VIEÄT NAM Caên cöù vaøo ñaëc ñieåm ñòa lyù kyõ thuaät cuûa nöôùc ta, coù theå chia heä thoáng ñieän toaøn quoác thaønh ba heä thoáng ñieän: - Heä thoáng ñieän mieàn Baéc: bao goàm caùc tænh mieàn Baéc töø Haø Tónh trôû ra. - Heä thoáng ñieän mieàn Trung: bao goàm caùc tænh duyeân haûi mieàn Trung töø Quaûng Bình ñeán Khaùnh Hoøa vaø ba tænh Taây nguyeân: Kon Tum, Gia Lai vaø Ñaéc Laéc. Hieän nay toång coâng suaát laép ñaët cuûa caùc nhaø maùy ñieän laø 5705 MW, trong ñoù thuûy ñieän chieám 54%, nhieät ñieän 22%, diesel vaø tuabin khí 24%. Ñieän naêng saûn xuaát naêm 1999 laø 23763 trieäu kWh. Hieän traïng löôùi ñieän (theo soá lieäu naêm 2000): - Ñöôøng daây 500 kV: 1514 km vôùi dung löôïng ñaët maùy bieán aùp: 2850 MVA. - Ñöôøng daây 220 kV: 3732 km vôùi dung löôïng ñaët maùy bieán aùp: 5817 MVA. - Ñöôøng daây 66–110 kV: 7851 km vôùi dung löôïng ñaët maùy bieán aùp: 7328 MVA. - Ñöôøng daây trung theá: 50464 km vôùi dung löôïng maùy bieán aùp: 10395 MVA. Coâng suaát ñaët (MW) cuûa caùc nhaø maùy ñieän hieän coù goàm: NHAØ MAÙY ÑIEÄN COÂNG SUAÁT NHAØ MAÙY ÑIEÄN COÂNG SUAÁT NHAØ MAÙY ÑIEÄN COÂNG SUAÁT (MW) (MW) (MW) Thuûy ñieän Nhieät ñieän Tuabin khí Hoøa Bình 1920 Phaû Laïi 440 Baø Ròa 271 Thaùc Baø 108 Uoâng Bí 110 Phuù Myõ 2.1 280 Ña Nhim 160 Ninh Bình 100 Phuù Myõ 2.2 720 Trò An 400 Thuû Ñöùc 165 Phuù Myõ 3 720 Thaùc Mô 150 Caàn Thô 33 Thuû Ñöùc 128 Vónh Sôn 66 Hieäp Phöôùc 375 Caàn Thô 75 Yaly 540 OÂ Moân (naêm 2006) 600 Diesel Haøm thuaän 300 Toång coâng suaát 447 Ña Mi 177 Thuûy ñieän nhoû 50 Ñaïi Ninh (naêm 2003) 300 Heä thoáng ñöôøng daây taûi ñieän Baéc Nam laø heä thoáng noái lieàn heä thoáng ñieän caùc mieàn, hình thaønh heä thoáng ñieän thoáng nhaát trong caû nöôùc ñoàng thôøi laø truïc xöông soáng cuûa heä thoáng ñieän Vieät Nam. Töø khi ñöa vaøo vaän haønh, heä thoáng ñaõ truyeàn töø Baéc vaøo Nam khoaûng 13 tyû kWh vaø töø Nam ra Baéc khoaûng 1,5 tyû kWh. Heä thoáng truyeàn taûi 500 kV Baéc Nam thöïc söï laø ñöôøng daây lieân keát heä thoáng hieän nay, truyeàn taûi ñieän theo caû hai chieàu, naâng cao ñoä tin caäy, an toaøn heä thoáng ñoàng thôøi taïo ñieàu kieän khai thaùc toái öu caùc nguoàn cuûa heä thoáng.