HUỲNH NHƠN
NHA ØMÁY ĐIỆN
VÀ
TRẠM BIẾN ÁP
3 – 2003
Mục lục
Chương 1: Khái niệm cơ bản về nhà máy điện (NMĐ ) và trạm biến áp (TBA) 1.1-Hệ thống điện
1-2. Nhà máy điện : nhiệt điện ; thuỷ điện ; từ thuỷ động ; nguyên tử ; … 1-3 . Trạm biến áp
Chương 2 - Phụ tải điện 2-1. Khái niệm
2-2. Đồ thị phụ tải
2-3. Tổng hợp đồ thị phụ tải 2-4. Điều chỉnh đồ thị phụ tải
2-5. Phân phối đồ thị phụ tải trong hệ thống điện 2-6 . Dự báo phụ tải
Chương 3 . Ngắn mạch trong hệ thống điện 3-1. Quá trình quá độ trong hệ thống điện
3-2. Ngắn mạch ba pha trong hệ thống điện 3-3. Ngắn mạch không đối xứng
3-4. Tính toán ngắn mạch ba pha
3-5. Tính toán ngắn mạch trong mạng điện hạ thế U< 1000 V Chương 4. Các chế độ làm việc trong hệ thống điện 4-1. Khái niệm
4-2. Chế độ làm việc lâu dài 4-3. Chế độ làm việc ngắn hạn
4-4. Các chế độ làm việc của điểm trung tính trong hệ thống điện Chương 5. Máy biến áp điện lực
5-1. Khái niệm
5-2. Tính toán phát nóng trong máy biến áp 5-3. Sự già cổi và tuổi thọ của máy biến áp 5-4. Quá tải của máy biến áp
5-5. Máy biến áp từ ngẩu
5-6. Chọn công suất máy biến áp Chương 6. Các khí cụ điện 6-1. Khái niệm
6-2. Các khí cụ đóng cắt mạch điện cao áp
6-3. Dao cách ly 6-4. Cầu chì cao thế
6-5. Các khí cụ cắt mạch điện hạ thế ( U<1000) V 6-6. Máy biến dòng điện
6-7. Máy biến điện áp
6-8. Kháng điện hạn chế dòng ngắn mạch Chương7. Các phần dẩn điện
7-1. Khái niệm
7-2. Chọn thanh dẫn- thanh góp cứng 7-3. Chọn dây dẫn
7-4. Chọn cáp điện lực
Chương 8. Sơ đồ cấu trúc của nhà máy điện và trạm biến áp 8-1. Khái niệm
8-2. Sơ đồ cấu trúc của nhà máy điện 8-3. Sơ đồ cấu trúc của trạm biện áp
Chương 9. Sơ đồ nối điện của NMĐ và TBA 9-1. Khái niệm
9-2. Các dạng sơ đồ nối điện cơ bản
9-3. Sơ đồ đặt kháng điện để hạn chế dòng ngắn mạch Chương 10. Tự dùng trong nhà máy điện và trạm biến áp 10-1. Khái niệm
10-2. Sơ đồ tự dùng của nhà máy nhiệt điện 10-4. Sơ đồ tự dùng của nhà máy thủy điện 10-3. Sơ đồ tự dùng của trạm biến áp
Chương 11. Điện một chiều trong nhà máy điện và trạm biện áp 11-1. Khái niệm
11-2. Nguồn điện một chiều 11-3. Accqui
11-4. Các chế độ làm việc của accqui 11-5. Sơ đồ làm việc của tổ accqui 11-6. Chọn tổ accqui
Chương 12. Thiết bị phân phối điện 12-1. Khái niệm
12-2. Thiết bị phân phối điện trong nhà 12-3. Thiết bị phân phối điện ngòai trời
Chương 13. Điều khiển , đo lường , kiểm tra , tín hiệu trong NMĐ và TBA 13-1. Khái niệm
13-2. Kiểm tra cách điện
13-3. Tín hiệu trong nhà máy điện và trạm biến áp
13-4. Sơ đồ điều khiển và tín hiệu của máy cắt điện CHƯƠNG 1
KHÁI NIỆM VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN ,NHÀ MÁY ĐIỆN VÀ TRẠM BIẾN ÁP
1-1. HỆ THỐNG ĐIỆN.
Hệ thống điện ( HTĐ ) là một bộ phận quan trọng của hệ thống năng lượng bao gồm các nhà máy điện (NMĐ) , mạng truyền tải điện và hộ sử dụng điện .
NMĐ có nhiệm vụ biến đổi các năng lượng khác ( nhiệt năng ,thủy năng , cơ năng , hóa năng ) thành điện năng.
Mạng điện ( đường dây dẩn điện, trạm biến áp ) có nhiệm vụ truyền tải điện năng đến các hộ sử dụng điện .
Hộ sử dụng điện có nhiệm vụ biến đổi điện năng thành các dạng năng lượng ( nhiệt năng , quang năng , cơ năng v… v…) theo yêu cầu .
Sở dĩ cần có quá trình thuận nghịch như vậy bởi vì điện năng có các ưu việt : - Có khả năng truyền tải đi xa với tốc độ rất nhanh ( gần bằng tốc độ ánh sáng ) - Dễ dàng sử dụng để biến đổi thành các dạng năng lượng khác .
- Dễ dàng trong việc thực hiện cơ khí hóa , tự động hóa . - Tương đối an toàn với độ tin cậy cao .
- Giá thành tương đối thấp so với khi sừ dụng các dạng năng lượng khác.
Vì vậy điện năng được xem là một chỉ tiêu quan trọng để đánh giá sự phát triển của một quốc gia qua các thông số :
- Tổng công suất của hệ thống điện .
- Mức tiêu thụ điện năng trên đầu người trong một năm .
Mặc dù đã có nhiều cố gắng, ưu tiên xây dựng đầu tư và phát triển HTĐ nhưng Việt nam vẩn còn là một trong những nước có các chỉ tiêu trên vào loại thấp trên thế giới . Theo số liệu của Tổng công ty Điện lực Việt nam năm 2002
- Tổng công suất của các NMĐ của Việt nam là : 7736 MVA - Điện năng tính trên đầu người trong một năm là :
Tập hợp thành HTĐ thống nhất càng lớn càng có nhiều ưu việt hơn so với xây dựng các nhà máy riêng lẻ vì :
- Độ tin cậy cung cấp điện cao nhờ vào việc hổ trợ lẩn nhau giữa các nhà máy điện với nhau đặc biệt giữa nhà máy nhiệt điện với nhà máy thủy điện .
- Đồ thị phụ tải sẽ bằng phẳng hơn . - Giá thành điện thấp hơn .
Hiện nay trên thế giới HTĐ không chỉ thu hẹp trong phạm vi một quốc gia mà còn mở rộng gồm nhiều nước như HTĐ châu Âu .
1-2 . NHÀ MÁY ĐIỆN .
Nhà máy điện ( NMĐ ) là bộ phận duy nhất có nhiệm vụ sản xuất điện năng trong HTĐ . Phụ thuộc vào năng lượng được sữ dụng để biến đổi thành điện năng chia thành các nhà máy điện khác nhau .
1 . Nhà máy nhiệt điện tuabin ngưng hơi :
Trong nhà máy nhiệt điện nhiệt năng biến thành điện năng . Nhiên liệu được sử dụng có thể ở dưới dạng :
- Thể rắn : than đá , than bùn , trấu , củi v..v..
- Thể khí : khí đốt , biôga .
- Thể lỏng : dầu nặng , DO , FO , diezen , xăng …
Ở đây nhiên liệu được đốt trong lò phát sinh ra nhiệt và đun nước thành hơi nước . Hơi nước có áp lực lớn làm quay tuabin hơi kéo theo roto của máy phát điện và phát ra điện .
Quá trình được thực hiện : nhiệt năng – cơ năng – điện năng .
Nguyên lý làm việc của nhà máy nhiệt điện kiểu tuabin ngưng hơi vẽ trên hình 1-1
Trong nhà máy nhiệt điện kiểu tuabin ngưng hơi toàn bộ hơi nước sau khi sinh công được ngưng tụ thành nước và có 5 hệ thống chính :
- Hệ thống nhiên liệu : 1-2-9
Nhiên liệu chuyên chở tập trung về kho nhiên liệu 1 của nhà máy điện được xử lí theo yêu cầu của lò tại bộ phận xử lí nhiên liệu 2 và phun vào lò bằng vòi phun 9 để đốt cháy .
- Hệ thống không khí – khói : 10 -12-9-13 -12-11-18
Không khí trong thiên nhiên qua quạt gió 10 đưa vào vào bộ phận sấy 12 và đưa vào vòi phun 9 để đốt nhiên liệu , sản phẩm thừa là khói còn nhiệt lượng cao được tận dụng qua bộ hâm nước 13 , sấy không khí 12 và được quạt khói 11 hút thổi ra ngoài trời qua ống khói 17 .
- Hệ thống nước – hơi nước :-13 -3 - 4 - 5 -7- 14 – 15 – 8 -16 -13 -
Đây là chu trình kín . Nưởc sau khi được xử lí theo yêu cầu qua bộ phận hâm nước 13 đưa vào lo 3ø , ở đây được gia nhiệt và biến thành hơi nước có áp lực có năng lượng để sinh công , chú ý nước chỉ là môi chất trung gian truyền năng lượng . Hơi nước đưa vào tuabin 4 làm quay tuabin và roto máy phát điện 19 .
Toàn bộ hơi nước ( trừ một phần nhỏ được rút ra đưa vào bình khử khí 15, một phần đưa vào bộ gia nhiệt hạ áp 14, gia nhiệt cao áp 16 ) đều được ngưng tụ thành nước qua
bình ngưng tụ 5 nên gọi là nhà máy nhiệt điện kiểu ngưng tụ . Nước từ bình ngưng tụ nhờ bơm nước ngưng tự 7 đưa vào bộ gia nhiệt hạ áp 14 đi vào bính khử khí 9 . Ở đây khí lẩn trong nước được tạo ra trong qúa trình ngưng tụ đều thoát ra ngoài . Nước tiếp tục nhờ bơm cấp nước 8 bơm vào bộ gia nhiệt cao áp 16 , bộ hâm nước 13 và trở về lò .
1
2 18
10
9
13 12 11
16
19 4
5 8
15
14
6 7
17
Hình 1.1 .Sơ đồ nguyên lý làm việc của nhà máy nhiệt điện kiểu tuabin ngưng hơi 1).kho nhiên liệu; 2).xử lí nhiên liệu; 3).lò hơi; 4).tuabin; 5).bình ngưng tụ. 6).bơm mước tuần hoàn; 7).bơm nước ngưng tụ; 8).bơm nước cấp. 9). Vòi phun; 10). Quạt gió;
11).quạt khói; 12) sấy không khí; 13) hâm nước; 14) gia nhiệt hạ áp; 15) khử khí; 16) gia nhiệt cao áp; 17) sông , ao , hồ ;18) ống khói ; 19). máy phát điện
- Hệ thống nước tuần hoàn : 17 - 6 – 5 - 17
Hơi nước sau khi đã sinh công đưa vào bình ngưng tụ 6, ở đây được nước từ sông , ao , hồ 17 có nhiệt độ thấp do bơm tuần hoàn 6 đưa vào làm ngưng tụ hơi nước , nước tuần hoàn sau đó lại trả về sông , ao hồ 17 .Tuy nước tuần hoàn chỉ làm nhiệm vụ phụ song nó đóng vai trò rất quan trọng quyết định địa điểm và công suất của nhà máy nhiệt điện .
- Hệ thống điện . Điện năng phát ra từ máy phát 19 được hệ thống truyền tải và phân phối cho các hộ sử dụng điện .
Nhà máy nhiệt điện kiểu tuabin ngưng hơi có hiệu suất thấp ( 30-40 )% vì một phần nhiệt năng thải ra ngoài qua khói , qua bình ngưng tụ . Hơi nước sinh công ở phần đầu của tuabin là chính . các phần sau hiệu suất thấp . Để nâng cao hiệu suất nhiệt có thể rút một phần hơi nước từ phần sau của tuabin để cung cấp hơi nước cho
các hộ sử dụng hơi nước như nhà máy giấy ,dệt nhuộm v..v.. hoặc cung cấp nhiệt để sưởi . Những nhà máy này gọi là nhà máy nhiệt điện có rút hơi .
Ưu điểm của nhà máy nhiệt điện nói chung :
- Có thể xây dựng gần khu công nghiệp và gần các nguồn cung cấp nhiên liệu do đó giảm được chi phí xây dựng đường dây tải điện , giảm chi phí chuyên chở nhiên liệu . - Thời gian xây dựng ngắn ( 3 – 4 năm )
- Có thể sử dụng được các nhiên liệu rẽ tiền như than cám , than bìa ở các khu khai thác than , dầu nặng của các nhà máy lọc dầu , trấu của các nhà máy xay lúa v..v..
Khuyết điểm của nhà máy nhiệt điện :
- Cần nhiên liệu trong quá trình sản xuất cho nên giá thành điện năng cao .
- Khói thải làm ô nhiểm môi trường . Đây là điểm cần quan tâm vì thế giới đang hạn chế khí thải .
- Khởi động chậm từ 6-8 giờ mới đạt được công suất tối đa ,điều chỉnh công suất khó, khi giảm đột ngột công suất phải thảøi hơi nước ra ngoài vừa mất năng lượng vừa mất nước . Điều này làm khó khăn khi vận hành với phụ tải không ổn định .
Mặc dù có những nhược điểm trên nhưng khi xây dựng và phát triển hệ thống điện tất cả các nước trước tiên đều phải xây dựng nhà máy nhiệt điện . Ở nước ta trong những năm đầu xây dựng nền công nghiệp nhiệt điện vẫn là nguồn điện năng chính .
2. Nhà máy nhiệt điện tuabin khí :
Nhiên liệu được sử dụng là khí đốt hoặc dầu mỏ đốt trong lò , không khí giản nở qua bộ nén để có áp lực lớn truyền vào tuabin khí làm quay roto máy phát điện không qua môi chất trung gian nước và hơi nước .
Tuabin khí có hai loại :
- Tuabin khí có chu trình hở : khí giản nén thổi vào tuabin sinh công và xã tất cả ra ngoài trời .
- Tuabin khí có chu trình kín : khí giản nén sau khi sinh công được nén lại và quay trở lại buồng đốt tạo thành chu trình kín .
Nhiệt điện tuabin khí có ưu điểm :
- Chế tạo và có chu trình làm việc đơn giản , không cần nhiều nước . - Vận hành cũng đơn giản hơn tuabin hơi nước .
- Khởi dộng , tăng giảm công suất nhanh có thể chỉ cần 20-30 phút có thể nhận công suất tối đa .
- Thời gian xây dựng nhanh .
Tuy nhiên cũng có nhược điểm hiệu suất nhiệt loại này thấp vì khói thải ra còn nhiệt độ cao và nhiệt năng lớn . Để nâng cao hiệu suất nhiệt và tận dụng khi tải , khí thải không xã ra ngoài trời mà chuyển vào lò làm nhiên liệu cho nhà máy nhiệt điện tuabin ngưng hơi . Nhà máy điện dược kết hợp như vậy gọi là nhà máy nhiệt điện tuabin khí hổn hợp . Sơ đồ nguyên lí loại này vẽ trên hình 1-2 .
8 7
6
9
4 5
1
9
3 2
Hình 1-2 . Sơ dồ nguyên lí nhà máy điện tuabin khí hổn hợp 1)Buồng đốt ; 2)Tuabin ; 3)Máy nén; 4)Lò thu nhiệt; 5)Bơm nước;
6)Tuabin hơi; 7)Bình ngưng; 8)Tháp làm mát; 9)Máy phát điện.
Nhà máy loại này thường được xây dựng thành các cụm : 2 tuabin khí + 1 tuabin hơi nước có công suất bằng nhau 3 tuabin khí + 1 tuabin hơi có công suất lớn hơn
Ví dụ : Ở nhà máy điện Phú mỹ đã xây lắp :
2 tuabin khí 150 MW + 1 tuabin hơi 150 MW = 450 MW
3 tuabin khí 240 MW + 1 tuabin hơi 360 MW = 1080 MW
Trong nhà máy tuabin khí nhiên liệu có thể là khí hoặc dầu DO, FO hoặc đồng thời vừa khí vừa dầu .
3.Nhà máy từ thủy động :
Dựa trên nguyên lí dòng điện là sự chuyển động của các điện tử , cho nên có thể từ nhiệt năng tạo ra vùng có nhiệt độ cao có khả năng sinh ra nhiệt điện tử trong môi trường có từ trường đủ mạnh , dưới tác dụng của từ trường các điện tử này sẽ chuyển động và tạo nên dòng điện . Quá trình này được thực hiện theo nguyên lí vẽ trên hình 1-3 , máy phát điện hoạt động theo nguyên lí này gọi là máy phát từ thủy động .
Trong buồng đốt 2 khí được đốt ở nhiệt độ rất cao ( 3000-4000 0C ) sẽ trở thành môi trường dẩn điện chứa nhiệt điện tử , các điện tử này được chuyển vào ống phun 3 trong đó có đặt nam châm cực mạnh 4 , dưới tác dụng của từ trường các điện tử sẽ chuyển dịch qua các cực 5 và tạo ra sức điện động E giữa các cưc
1 2 4 7 3 5 6
4 12 9 10
11 8
Hình 1-3. Sơ đồ nguyên lí làm việc của máy phát từ thủy động..
1;8)Máy bơm; 2) buồng đốt; 3)Ống phun khí;4) Nam châm cực mạnh;
5)Điện cực; 6) Kênh dẫn máy phát từ thuỷ động; 7)Lò hơi; 9)Tuabin 10) Máy phát điện ; 11) Bình ngưng tụ .
Khí thải ra còn nhiệt độ cao ( 2500 oC ) được tận dụng cung cấp cho tuabin hơi . Đây là nhà máy điện trong tương lai , hiện nay tuy đã thành công trong nghiên cứu nhưng chưa áp dụng trong thực tế vì giá thành cao và hạn chế do chế tạo vật liệu chịu nhiệt cao .
4 . Nhà máy điện nguyên tử :
Nhà máy điện nguyên tử cũng là nhà máy nhiệt điện nghĩa là biến nhiệt năng thành điện năng nhưng nhiệt năng không phải thu được do đốt nhiên liệu mà do phản ứng hạt nhân tạo ra . Quá trình này được thực hiện trong lò phản ứng hạt nhân . Nguyên liệu hiện nay dùng trong lò phản ứng chủ yếu là Uranium 235 (U235 ) hay Plutanium 239 được tạo ra từ Uranium 238 ( U238 ) . Khi phân hủy hạt nhân Uranium sẽ tạo ra các nơtron nhanh có năng lượng rất lớn với tốc độ rất cao ( 15000-20000 km/s ) . Với tốc độ này phản ứng dây chuyền không tiến triển được để tạo ra các nơtron mới cho nên trong lò phản ứng các nơtron nhanh phải được hãm lại thành nơtron chậm ( tốc độ khoảng 2 km/s ) . Chất hãm thường dùng là nước , nước nặëêng hay than chì ( graphit ).
Bộ phận hãm tốc độ nơtron gọi là thiết bị điều tốc .
Phụ thuộc vào chất lượng Uranium được làm giàu có thể sử dụng loại lò , thiết bị điều tốc và thiết bị hãm khác nhau .
Có nhiều cách phân loại lò phản ứng hạt nhân tùy nguyên tắc áp dụng : - Theo mức năng lượng của nơtron :
+ Lò phản ứng nhiệt . + Lò phản ứng nhanh
- Theo khả năng tái sinh nhiên liệu :
+ Lò tăng lượng với nơtron nhanh hệ số tái sinh từ 1,5 trở lên + Lò thổi hệ số tái sinh 1-1,1
- Theo nguyên tắc phân phối nhiên liệu và chất hãm : + Lò đồng nhất
+ Lò không đồng nhất - Theo chất hãm :
+ Lò hạt nhân loại nước + Lò hạt nhân loại nước nặng
+ Lò hạt nhân loại than chì ( graphit )
- Cũng có thể phân loại theo môi chất tải nhiệt kết hợp với chất hãm + Lò phản ứng loại nước-nước .
+ Lò phản ứng loại nước-than chì . Ưu điểm của nhà máy điện nguyên tử :
- Chi phí về nhiên liệu để sản xuất 1 KWh điện năng thấp có thểà cạnh tranh với nhiệt điện thông thường .Ví dụ:giá thành 1KWh điện năng sử dụng than bằng1,7 sử dụng dầu bằng 3,6 lần so với 1 KWh điện năng của nhà máy điện nguyên tử .
- Khối lượng nhiên liệu sử dụng trong nhà máy điện mguyên tử bé hơn nhiều so với nhà máy điện sử dụng than , vì 1kg Uranium 235 cho năng lượng tương 2900 tấn than tiêu chuẩn, do đó kho chứa nhiên liệu cũng như việc chuyên chở nhiên liệu đơn giản hơn nhiều . Hơn nữa nguồn Uranium hiện nay không phải hiếm trong khi trữ lượng than , dầu hiện nay ngày càng cạn .Theo thống kê , trữ lượng Uranium và Thorium
trên thế giới có thể cung cấp năng lượng gấp 23 lần năng lượng của tất cả các nguồn năng lượng khác cộng lại .
- Chất thải của nhà máy điện nguyên tử cũng rất ít , ví dụ chất thải hàng năm của lò phản ứng 900 MW chứa 99,9% chất phóng xạ chỉ độ 2 m3 . Khói thải của nhà máy điện nguyên tử ít gây ô nhiểm môi trường do tro , bụi khí lưu huỳnh v..v.. NMĐ nguyên tử hoạt động bình thường với kỷ thuật hiện đại độ phóng xạ chỉ bằng 1/ 50 lần độ phóng xạ tự nhiên và không gây nguy hiểm đối với con người .
Tuy nhiên NMĐ nguyên tử cũng có các khuyết điểm : - Vốn đầu tư xây dựng cao
- Yêu cầu trình độ kỹ thuật cao trong việc xây dựng lò phản ứng và làm giàu quặng Uranium .
- Điều lo ngại nhất hiện nay của các nước là sự an toàn rò rĩ sau thời gian vận hành nhiều năm do một số sự cố đã xảy ra đối với NMĐ nguyên tư của các nước đã gây hậu quả nghiêm trọng trong khu vực lớn . Do đó những năm gần đây tốc độ xây dựng NMĐ nguyên tử trên thế giới bị chậm lại , thậm chí có nhiều nước tuyên bố sẽ đóng cửa không vận hành các nhà máy đã xây dựng và tập trung nghiên cứu theo hướng khác để đáp ứng nhu cầu năng lượng ngày càng tăng của con người
Sơ đồ nguyên lý NMĐ nguyên tử trình bày trên hình 1-4 a,b.c
Ở đây nhiệt năng từ lò phản ứng qua môi chất trung gian sau đo mới truyền nhiệt năng sang nước để biến thành hơi nước cung cấp cho NMĐ
6
2 7
1
3
9
8
4 4
CO2 5
10
Hình 1-4a .Sơ đồ NMĐ nguyên tử dùng lò phản ứng Uranium tự nhiên
1).tâm lò phản ứng; 2).thanh kiểm tra ; 3).buồng trao đổi nhiệt; 4).máy thổi 5).thành lò; 6).tuabin; 7).máy phát điện; 8).bơm hơi nước; 9).bình ngưmg tụ;ï 10).nước tuần hoàn
6
2
7
4 3
8 9
5
10
Hình 1.4b Sơ đồ nguyên lý làm việc của NMĐ nguyên tử dùng lò phản ứng PWR có 2 chu trình tải nhiệt 6
7
Hình 1.4c Sơ đồ nguyên lý làm việc của NMĐ nguyên tử dùng lò phản ứng nơtron nhanh có 2 chu trình tải nhiệt 5. Nhà máy điện sử dụng năng lượng mặt trời :
Năng lượng mặt trời được sử dụng dưới hai hình thức .
- Pin mặt trời ( hay gọi là pin quang điện ). Năng lượng mặt trời được biến đổi thành điện năng không qua khâu trung gian nhiệt năng . Pin mặt trời được cấu tạo gồm hai
lớp bán dẩn p và n tiếp xúc nhau qua lớp chuyển tiếp p-n . Dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời vào lớp chuyển tiếp p-n với sự khuyếch tán của các hạt dẫån cơ bản và tạo nên điện trường do đó có hiệu điện thế hay sức điện dộng quang điện Sức điện động quang điện phụ thuộc vào cường độ chiếu sáng và cung cấp điện năng cho phụ tải giữa 2 cực . Với kích thước các cực 1dm x 1dm tế bào quang điện cho công suất 1W khi cường độ bức xạ của mặt trời là 1KW / m2 .
Pin mặt trời được sử dụng rộng rãûi trong các thiết bị có công suất nhỏ trong thông tin , máy tính điện từ v..v.. . Pin mặt trời cũng có thể sử dụng qua bộ tích trử năng lượng bằng acqui nhưng giá thành cao , do đó chỉ được dùng ờ những nơi không có nguồn điện , ví dụ ở hải đảo v..v..
- Nhà máy nhiệt điện dùng năng lượng mặt trời : ở đây năng lượng mặt trời được thu nhận qua hệ thống thấu kính hội tụ tập trung về lò để biến nước thành hơi nước cung cấp cho nhà máy nhiệt điện .
Năng lượng mặt trời là nguồn vô tận không mất tiền , không gây ô nhiễm môi trường nhưng giá thành xây dựng cao , cho nên hiện nay chưa được phát triển rộng mà còn trong giai đoạn thử nghiệm nghiên cứu .
6-Nhà máy địa nhiệt : nhà máy địa nhiệt cũng là nhà máy nhiệt điện nhưng sử dụng năng lượng có sẵn trong lòng đất .Trên mặt đất có những địa điểm ở độ sâu không lớn lắm có thể thu nhận được nguồn nhiệt năng đủ lớn để xây dựng nhà máy điện . Nhà máy địa nhiệt cũng không phải mua nhiên liệu , không gây ô nhiễm môi trường và nguồn năng lượng cũng vô tận cho nên đang là hướng nghiên cứu để khai thác ở những nơi có điều kiện .
7. Nhà máy thủy điện :
Nhà máy thủy điện là nhà máy biến đổi thủy năng thành điện năng . Trong đó thủy năng được hướng vào làm quay tuabin thủy lực để làm quay roto máy phát điện . Thủy năng-cơ năng-điện năng .
Muốn tạo được thủy năng cần phải có 2 yếu tố : - Lưu lượng nước Q ( m3/sec ) tức là phải có dòng chảy . - Chiều cao cột nước H ( m ) . Công suất của nhà máy thủy điện xác định theo biểu thức :
P = 9,81.Q.H . Trong đó
- : hiệu suất của nhà máy phụ thuộc vào nhiều yếu tố của công trình thủy và các thiết bị thủy lực .
- Lưu lượng nước Q chủ yếu do thiên nhiên tạo sẵn của các dòng sông suối . Để chủ động điều chỉnh công suất theo yêu cầu phải xây dựng hồ tích nước .
Chiều cao cột nước H một phần do địa hình tạo nên ở những nơi có sẵn như thác nước , do sự chênh lệch giữa 2 dòng chảy và một phần do xây dựng đập ngăn nước tạo ra . Chiều cao cột nước càng lớn hiệu suất càng lớn , suất hao nước để sinh ra 1KWh điện càng nhỏ ( m3nước/KWh )
Việc xây dựng hồ chứa nước không những có lợi cho việc sản xuất điện mà còn phục vụ cho công tác trị thủy, thủy lợi, giao thông và nuôi cá.Tuỳ theo thể tích hồ chứa nước mà có khả năng điều tiết công suất của nhà máy thủy điện có thể thực hiện - Theo mùa : chỉ điều tiết công suất trong một năm .
- Nhiều năm : Tích nước và điều chỉnh công suất trong nhiều năm
a ) Nhà máy thủy điện kiểu đập chắn . Sơ đồ nguyên lý của nhà máy thủy điện kiểu đập chắn vẽ trên hình 1-7 .
MTL
MHL
Hình 1-7. Mặt cắt ngang của nhà máy thủy điện kiểu đập chắn
Tại địa điểm thích hợp của một dòng sông xây dựng một đập chắn 1 để tích nước , nâng cao cột nước H và tạo thành hồ chứa nước 5, ống dẩn nước 2 hướng dòng nước từ hồ chứa (thượng lưu ) vào tuabin thủy lực 3 đặt ở phía dưới hạ lưu 6 , tuabin quay sẽ làm roto máy phát điện quay .
b ) Nhà máy thủy điện kiểu ống dẩn : Ở các nhà máy thuộc loại này chiều cao cột nước H được tạo nên bởi :
- Trên 2 địa điểm khác nhau của cùng một dòng sông nhưng cách nhau không xa có mức chênh lệch độ cao H lớn , xây dựng đập chắn 1 ở giữa , hướng dòng chảy theo theo ống dẩn 2 đưa nước vào nhà máy thủy điện rồi chảy ra sông ở khúc sông có độ cao thấp hơn ( hình 1.8a ) . Công suất của nhà máy chủ yếu do chiều cao H , lưu lượng nước Q có thể không lớn lắm . Tất nhiên khi xây dựng đập chắn cũng tạo thêm chiều cao H và tạo nên hồ chứa tích nước để điều tiết công suất .
- Trên 2 địa điểm của 2 dòng sông khác nhau nhưng có độ cao chênh lệch nhau . Đập chắn 1 xây dựng trên dòng sông có mực nước cao hơn hướng dòng nước theo ống dẩn 2 vào nhà máy thủy điện xây dựng trên địa diểm của dòng sông có độ cao thấp hơn, nước từ dòng sông này đã chảy sang dòng sông kia ( hình 1.8b )
A 1
SÔNG
2 3
7 5 4 H H p
6 B
A 1 2 3 4 B 5
a) b) Hình 1-8. Sơ đồ nhà máy thủy điện kiểu ống dẩn
a) được tạo trên 1 dòng sông ; b) được tạo trên 2 dòng sông khác nhau Ưu điểm của nhà máy thủy điện cả 2 loại : - Không tốn nhiên liệu mà sử dụng nước tự nhiên nên giá thành điện năng thấp.
- Khởi động nhanh , sau 10-20 phút có thể khởi động và nâng công suất đến định mức - Điều chỉnh nâng giảm công suất dể dàng , khi giảm công suất không mất nhiên liệu như ở nhà máy nhiệt điện vì nước được giữ lại trên hồ.
- Không gây ô nhiễm môi trường .
- Có khả năng trị thủy: vào mùa mưa lũ có thể tích nước lại trên hồ giảm mức nứớc lũ ở hạ lưu .
- Phục vụ tốt cho thủy lợi , cung cấp nước theo yêu cầu nông nghiệp . - Thuận tiện cho giao thông đường thủy vì dòng chảy ổn định hơn . - Hồ chứa nước có thể nuôi cá và xây dựng thành khu du lịch sinh thái Tuy nhiên xây nhà máy thủy điện cũng có những nhược điểm :
- Vốn đầu tư lớn chủ yếu vốn xây dựng phần thủy ( hồ nước , đập , cửa xã lũ , đường giao thông phục vụ cho chuyên chở thiết bị và xây dựng .
- Chiếm diện tích để làm hồ chứa nước do đó phải di dân , mất đất nông nghiệp rừng phải xây dựng khu tái định cư , trồng lại rừng v..v..
- Thời gian xây dựng lâu .
- Nhà máy thủy điện chỉ xây dựng ở những địa điểm phụ thuộc vào thiên nhiên thường ở xa hộ sử dụng điện nên phải xây dựng đường dây dẩn điện có điện áp cao . Về nguyên tắc thủy điện có thể xây dựng dựa vào thủy năng do thủy triều , do sóng biển tạo ra , ví dụ :
- Lợi dụng độ chênh lệch mức nước khi thủy triều dâng với khi thủy triền hạ tại địa điểm thích hợp có thể xây dựng nhà máy điện theo nguyên tắc : khi thủy triều lên xây dựng ống hướng nước qua tuabin để chảy vào hồ chứa , khi thủy triều hạ lại hướng nước từ hồ chứa chảy vào tuabin và đổ ra lại biển
- Tận dụng thủy năng tạo ra do sóng biển góp lại làm quay tuabin đặt ngay trên mặt nước để quay máy phát . Tất nhiên loại này yêu cầu phức tạp trong việc chế tạo máy phát vì tốc độ quay không ổn định . Chỉ có máy phát đặc biệt điện áp không phụ thuộc vào tốc độ mới vận hành được .
8. Nhà máy điện sử dụng năng lượng gió :
Có thể sử dụng năng lượng gió để điều khiển làm quay hệ thống cánh quạt và làm quay roto của máy phát điện ( biến đổi cơ năng thành điện năng ) . Công suất của nhà máy điện loại này xác định theo biểu thức :
P = C p 1 2 3 0,5 p S V3 . Trong đó :
P : Công suất - KW
S : Bề mặt quạt gió của các cánh quạt - m2
P : Khối lượng riêng của không khí - Kg / m3 CP : Hệ số công suất ( Cp max = 0,59 ) 1 , 2 , 3 : Hiệu suất bộ biến đổi máy phát , acqui , v..v.
Công suất của máy phát phụ thuộc rất nhiều vào tốc độ gió , khả năng của bộ điều chỉnh có giới hạn nên khó phù hợp với sự thay đổi của phụ tải cho nên điện năng thu được phải nạp vào acqui để tích trử .
Về cấu tạo có thể chế tạo động cơ gío kiểu trục đứng hay trục ngang , các cánh quạt có thể tự động điều chỉnh hướng để thu nhận năng lượng gió tối ưu trong phạm vi nhất định . Tuy nhiên loại này phức tạp giá thành cao hiện nay chỉ xây dựng ở những nơi có tốc dộ gió tương đối ổn định và ở xa hệ thống điện ví dụ ngoài hải đảo v..v..
1.3. TRẠM BIẾN ÁP .
Trạm biến áp ( TBA ) là một công trình thu nhận điện năng có điện áp U1 (điện áp sơ cấp) để phân phối cho các phụ tải có điện áp khác (điện áp thứ cấp)
Phụ thuộc vào mục đích có thể phân loại TBA theo các cách khác nhau . Theo điện áp chia thành TBA tăng và TBA giảm .
TBA tăng là TBA có điện áp thứ cấp lớn hơn điện áp sơ cấp . Đây thường là TBA của các NMĐ tập trung điện năng của các máy phát điện để phát về HTĐ và phụ tải ở xa .
TBA hạ là các TBA có điện áp thứ cấp thấp hơn điện áp sơ cấp . Đây thường là các TBA có nhiệm vụ nhận điện năng từ HTĐ để phân phối cho phụ tải .
- Theo chức năng chia thành TBA trung gian , TBA phân phối .
TBA trung gian hay còn gọi là TBA khu vực thường có điện áp sơ cấp lớn ( 500 , 220 , 110 KV ) để phân phối cho các phụ tải có điện áp khác nhau ( 220 ,110 , 22 ,15 KV) của các TBA phân phối .
TBA phân phối là các TBA hay còn gọi là TBA địa phưong có nhiệm vụ phân phối trực tiếp cho các hộ sử dụng điện của xí nghiệp , khu dân cư , trường học v..v… thường có điện áp thứ cấp nhỏ ( 10 , 6 , 0,4 KV )
Tại các TBA có các thiết bị đóng cắt , điều khiển ,bảo vệ rơle và đo lường gọi là thiết bị phân phối điện ( TBPP ) .
Trong HTĐ còn có các trạm chỉ làm nhiệm vụ phân phối điện năng không có biến đổi điện áp và gọi là trạm phân phối .
Các NMĐ trong HTĐ Việt nam đến năm 2002 .
Nhà máy S ( MVA ) Loại Ghi chú Uông bí 150 Nhiệt điện than
Ninh bình 100 nt Phả lại 1000 nt Bải bằng 56 nt Thác Bà 108 Thủy điện Hòa bình 1920 nt Sông Hinh 70 nt
Yali 720 nt
Đa nhim 160 nt
Trị an 400 nt
Thác Mơ 150 nt Hàm thuận 300 nt Đa mi 174 nt
Thủ đức 265 Nhiệt điện dầu Trà nóc 183 Nhiệt điện dầu Bà rịa 280 Nhiệt điện dầu, khí Phú mỹ 1700 Tuabin khí hổn hợp
