Bài giảng Vận hành và điều khiển hệ thống điện - Chương 7: Công tác vận hàng đường dây - Võ Ngọc Điều

1VẬN HÀNH VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐIỆN Chương 7 Công Tác Vận Hành Đường Dây 2 * Chống sét ống CSO: - Các đường dây trên không dù có được bảo vệ chống sét hay không thì các thiết bị điện nối với chúng đều phải chịu tác dụng của sóng sét truyền từ đường dây đến. - Biên độ của quá điện áp khí quyển có thể lớn hơn nhiều điện áp cách điện của thiết bị và sứ cách điện dẫn đến chọc thủng cách điện phá hoại thiết bị. I. Thiết bị điện trên đường dây trên không CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 23 - Để bảo vệ các thiết bị trong trạm biến áp triệt tiêu hoặc giảm bớt sóng quá điện áp truyền từ đường dây vào phải dùng các thiết bị chống sét. - Các thiết bị chống sét này sẽ hạ thấp biên độ sóng quá điện áp đến trị số an toàn cho cách điện cần được bảo vệ. I. Thiết bị điện trên đường dây trên không 4 I. Thiết bị điện trên đường dây trên không CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 35 I. Thiết bị điện trên đường dây trên không * Dây chống sét: - Dây chống sét được làm bằng thép tròn có tiết diện 50mm2 được dùng để bảo vệ đường dây điện áp cao từ 110kV trở lên. - Vùng có mật độ sét lớn thường dùng dây chống sét toàn tuyến. - Thông thường dây chống sét được dùng kết hợp với các thiết bị chống sét khác. 6 I. Thiết bị điện trên đường dây trên không CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 47 I. Thiết bị điện trên đường dây trên không * Mỏ phóng điện tại đầu sứ: - Mỏ phóng điện là thiết bị bảo vệ chống sét đơn giản. - Một cực của mỏ phóng điện được nối trực tiếp vào dây dẫn, một cực còn lại được nối xuống đất. - Khi làm việc bình thường khe hở cách ly dây dẫn mang điện tích với đất. - Khi có sóng quá điện áp chạy trên đường dây khe hở sẽ phóng điện và truyền dòng điện sét xuống đất. - Ưu điểm của mỏ phóng điện là cấu tạo đơn giản rẻ tiền nhưng vì nó không có bộ dập hồ quang nên khi nó làm việc tại mỏ phóng hồ quang sinh ra lớn rất dễ làm cho bảo vệ rơle tác động. 8 I. Thiết bị điện trên đường dây trên không * Mỏ phóng điện tại đầu sứ: - Chính vì vậy mỏ phóng điện thường đóng vai trò bảo vệ phụ thường được lắp ở ngay đầu sứ đường dây hoặc sứ đầu vào máy biến áp có cấp điện áp từ 35kV trở xuống. * Cuộn cản tần số 50Hz: - Cuộn cản tần số đặt ở trên đường dây và sát các động cơ điện có công suất lớn nhằm mục đích hạn chế dòng điện khởi động và dòng điện ngắn mạch xung kích. - Về cấu tạo nó là 1 cuộn điện cảm không có lõi thép có điện kháng lớn hơn điện trở rất nhiều. Trong hệ thống điện cuộn kháng điện thường được bố trí sau máy cắt và trước các đầu cáp xuất tuyến. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 59 I. Thiết bị điện trên đường dây trên không * Cầu dao đường dây: - Cầu dao đường dây thường dùng loại ngoài trời có nhiệm vụ chính là để cách ly và phân đoạn các đoạn đường dây trong vận hành hoặc khi sự cố đường dây. - Việc sử dụng cầu dao đường dây phải tuân theo quy định của quy trình thao tác phân đoạn sự cố. - Tuyệt đối không được thao tác cầu dao đường dây trong điều kiện đường dây có tải và khi có sóng sét đang lan truyền trên đường dây. 10 I. Thiết bị điện trên đường dây trên không * Cầu dao phụ tải ngoài trời: - Cầu dao phụ tải ngoài trời cũng đóng vai trò như cầu dao đường dây nhưng vì cầu dao phụ tải 3 pha được trang bị thêm bộ dập hồ quang và lò xo thế năng nên nó có thể đóng cắt trong điều kiện có tải. - Tuy vậy điều kiện làm việc của cầu dao ngoài trời còn nhiều hạn chế so với máy cắt vì dòng điện cắt của cầu dao nhỏ và không được trang bị bộ bảo vệ rơle. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 611 I. Thiết bị điện trên đường dây trên không 12 I. Thiết bị điện trên đường dây trên không * Máy cắt đường dây Auto reclosers còn gọi là máy cắt đóng lặp lại - Máy cắt đường dây có cấu tạo nhỏ gọn, thường dùng loại máy cắt SF-6 hoặc máy cắt chân không. - Mỗi máy cắt được trang bị thêm một hộp bộ bảo vệ rơle và một bộ điều khiển PLC được lập trình sẵn. - Nó có khả năng làm việc đóng cắt bảo vệ như các máy cắt khác, ngoài ra còn có khả năng tự động đóng điện lặp lại. - Nguồn điện cấp cho máy cắt đường dây Auto reclosers lấy trực tiếp ở máy biến áp và ắc quy. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 713 I. Thiết bị điện trên đường dây trên không * Máy cắt đường dây Auto reclosers còn gọi là máy cắt đóng lặp lại - Máy cắt đường dây Auto reclosers cho phép làm việc cả 2 chế độ tự động và bằng tay. - Máy cắt được kết nối với máy tính, làm việc theo chương trình được cài đặt sẵn trong của máy tính. - Có thể điều khiển thao tác, kiểm tra thông số tại chỗ hoặc từ xa. 14 I. Thiết bị điện trên đường dây trên không * Máy biến dòng - Máy biến dòng ngoài trời làm nhiệm vụ chủ yếu để cấp điện cho công tơ điện tại các điểm đo đếm điện năng tại các ranh giới giữa các điện lực. - Ngoài ra tại các vị trí đặt máy cắt đường dây Auto reclosers máy biến dòng làm nhiệm vụ cung cấp dòng điện cho bảo vệ rơle. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 815 I. Thiết bị điện trên đường dây trên không 16 I. Thiết bị điện trên đường dây trên không * Máy biến điện áp đường dây - Máy biến điện áp đường dây làm nhiệm vụ chủ yếu để cấp điện áp cho công tơ điện tại các điểm đo đếm điện năng tại các ranh giới giữa các điện lực. - Ngoài ra tại các vị trí đặt máy cắt đường dây Auto reclosers máy biến điện áp làm nhiệm vụ cung cấp nguồn điện áp cho bảo vệ rơle. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 917 I. Thiết bị điện trên đường dây trên không * Tụ bù - Tụ bù có vai trò tích cực trong việc giảm tổn thất điện năng trên lưới điện. - Trong thực tế nếu phụ tải điện là các động cơ điện không đồng bộ thì có cosϕ rất thấp, ngoài ra các phụ tải khác như các máy biến thế phân xưởng, các lò điện kiểu cảm ứng, máy biến thế hàn, quạt điện, đèn tuýp, các loại đèn huỳnh quảng cáo cũng tiêu thụ khá nhiều công suất phản kháng và cũng có cosϕ thấp. - . Đương nhiên là khi đường dây phải chuyên tải thêm một lượng công suất phản kháng Q sẽ hạn chế đến khả năng dẫn điện của dây dẫn, làm cho dây dẫn bị phát nóng dẫn đến tổn thất điện năng tăng lên. 18 I. Thiết bị điện trên đường dây trên không CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 10 19 I. Thiết bị điện trên đường dây trên không * Tụ bù - Nếu ta đặt tụ bù ngay tại nơi có hộ dùng điện, tụ bù sẽ đưa vào lưới một dòng điện mang tính chất điện dung IC và phát ra 1 công suất phản kháng gọi là Qbù. Công suất phản kháng trên đường dây sẽ giảm xuống còn là Q – Qbù 20 I. Thiết bị điện trên đường dây trên không * Tụ bù - Như vậy tụ bù có tác dụng hạn chế công suất vô công phát sinh trên lưới điện cải thiện được cosϕ và giảm được tổn thất điện năng. - Tụ bù được đặt trên đường dây thường có điện áp trung áp đến 35kV. Các tụ điện thường đấu tam giác để tăng dung lượng của tụ điện. Việc đóng cắt bảo vệ tụ điện trên đường dây thường dùng cầu chì tự rơi SI- 100. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 11 21 II. Vật liệu của đường dây trên không * Dây dẫn điện - Vật liệu thường dùng để chế tạo dây dẫn điện là đồng, nhôm, thép ... 22 II. Vật liệu của đường dây trên không CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 12 23 II. Vật liệu của đường dây trên không * Dây dẫn điện - Khi điện áp cao trên 1000V và tần số cao trên 1000Hz, trên đường dây tải điện sẽ xuất hiện hiệu ứng bề mặt, dòng điện đi qua dây dẫn sẽ phân bố ra mặt ngoài của dây dẫn. - Trong ruột của dây dẫn không có dòng điện nên lõi thép chỉ đóng vai trò tăng cường lực cơ giới đường dây
Đấy là lý do tại sao lưới điện cao áp lại cho phép dùng dây nhôm lõi thép để làm dây dẫn điện. - Trong lưới điện hạ thế 0,4kV tần số công nghiệp f= 50Hz hiệu ứng bề mặt rất nhỏ do đó lõi thép của dây nhôm AC cũng dẫn điện. 24 II. Vật liệu của đường dây trên không * Dây dẫn điện - Vì lõi thép có điện trở suất lớn ρ = 0,130Ωmm2/m nên nếu dùng dây nhôm lõi thép làm dây dẫn trong lưới điện 0,4kV sẽ gây tổn thất điện năng lớn trên đường dây. - Khi xử dụng các dây dẫn trần để thi công các công trình điện cần phải kiểm tra dựa trên những quy định sau: CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 13 25 II. Vật liệu của đường dây trên không 26 II. Vật liệu của đường dây trên không * Cột điện - Nhiệm vụ: Dùng để lắp các thiết bị đường dây và nâng cao khoảng cách của đường dây so với đất. + Cột điện được làm bằng bê tông cốt thép hoặc các thanh thép mạ ghép nối với nhau. + Độ cao của cột được quy định theo cấp điện áp và các khoảng vượt tiêu chuẩn đảm bảo cho người và các phương tiện giao thông đi lại bên dưới đường dây được an toàn. + Ở cấp điện áp trung áp thường hay dùng cột bê tông ly tâm 10m, 16m. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 14 27 II. Vật liệu của đường dây trên không * Cột điện - Phân loại theo công dụng: + Cột trung gian được dùng phổ biến nhất, nó chiếm từ 80% đến 90% số lượng cột trên tuyến dây. Trong điều kiện bình thường thì không có lực tác dụng dọc tuyến tác dụng lên cột vì hầu như các khoảng cột trung gian là đều nhau. Cột chịu tác dụng lực do trọng lượng dây, xà, sứ và bản thân cột gây ra theo chiều thẳng đứng. Ngoài ra cột còn chịu lực tác dụng của gió đi ngang qua thân cột. 28 II. Vật liệu của đường dây trên không * Cột điện - Phân loại theo công dụng: + Cột néo dùng để giữ chặt dây dẫn ở những chỗ đặc biệt quan trọng như ở đâù, cuối đường dây hoặc ở những điểm giao nhau của đường dây với những công trình giao thông đường sắt, đường bộ quan trọng. Cột néo có cấu tạo bền vững nên thường được dùng làm điểm tựa để kéo dây. Lực cơ giới tác dụng lên cột néo cũng tương tự như ở cột trung gian. Cột néo thường hay dùng sứ đứng hoặc sứ chuỗi néo. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 15 29 II. Vật liệu của đường dây trên không * Cột điện - Phân loại theo công dụng: Tại vị trí cột néo số lượng sứ thường được tăng cường để tăng cường khả năng lực cho dây dẫn khi bắt vào sứ. Khi dùng các chuỗi sứ néo, đường dây sẽ được liên hệ với nhau bằng dây lèo cho cùng một pha. + Cột hãm cuối thường được đặt ở cạnh trạm biến áp có tác dụng triệt tiêu lực tác dụng vào trạm biến áp. Cột cuối còn có tác dụng làm việc độc lập giữa đường dây với trạm biến áp, cho phép hoàn thành việc xây dựng đường dây trước khi xây dựng trạm biến áp. 30 II. Vật liệu của đường dây trên không * Cột điện - Phân loại theo công dụng: + Cột góc còn gọi là cột chuyển hướng. Cường độ lực cơ giới tác dụng vào cột phụ thuộc vào góc chuyển hướng. Khi đường dây tại cột có góc chuyển hướng lớn cần phải làm thêm néo, phương đặt néo phải trùng với phương của lực tổng hợp tác dụng vào cột. + Cột đặc biệt gồm có Cột hoán vị pha mục đích làm cho tổng trở của các pha đều nhau. Cột vượt đặt ở các vị trí khi cần vượt sông hoặc vượt núi cao. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 16 31 II. Vật liệu của đường dây trên không * Cột điện - Phân loại cột điện theo vật liệu chế tạo cột: + Cột gỗ đơn giản, rẻ tiền, các điện tốt nhưng dễ mục, thời gian xử dụng chỉ được 3 đến 5 năm. + Cột bê tông lõi thép được dùng phổ biến trên lưới điện, có độ bền và tuổi thọ cao khả năng chịu lực tốt. Nhược điểm là cột có trọng lượng lớn nên rất khó khăn khi vận chuyển và thi công. + Cột sắt thường dùng cho các đường dây có điện áp ≥ 35kV. Tốn kim loại, đắt tiền và phải định kỳ bảo dưỡng, sơn chống rỉ. 32 II. Vật liệu của đường dây trên không * Dây néo - Dây néo làm nhiệm vụ tạo ra lực ngược chiều và cân bằng với lực cơ giới đường dây đảm bảo cho cột điện đứng vững tại các vị trí đặt néo. - Thường đặt néo tại vị trí cột cuối, cột đầu, cột chuyển hướng. Dây néo có một đầu bắt vào cột và một đầu bắt vào móng néo, móng néo chôn dưới mặt đât 2m. - Mỗi dây néo có lắp nối tại khớp nối bằng 1 sứ phân cách còn gọi là sứ quả bàng mục đích là để ngăn không cho dòng điện rò đi qua dây néo. Dây néo không làm thay nhiệm vụ của dây tiếp địa. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 17 33 II. Vật liệu của đường dây trên không * Móng néo - Móng néo làm nhiệm vụ chịu lực néo thường có cấu tạo hình tấm bản được chôn sâu cách mặt đất 2m có chiều nghiêng 300 so với mặt đất theo chiều néo. - Dây néo được móc vào móng néo có góc nghiêng 600 so với mặt đất. - Khi chôn móng néo xuống đất, đất phải được lèn chặt để đảm bảo khả năng chịu lực néo tối đa. - Không được đặt móng néo vào nơi có mạch nước ngầm hoặc lòng ao, hồ, mương, suối nước. 34 II. Vật liệu của đường dây trên không * Xà đường dây - Xà ngang của đường dây làm nhiệm vụ đỡ dây, đỡ sứ, néo sứ. Xà đường dây có khả năng chịu được lực kéo căng dây bảo đảm được khoảng cách giữa các dây dẫn đang lắp trên xà. - Xà đỡ: Xà đỡ có tác dụng đỡ sứ và dây dẫn, chịu lực nhỏ thường dùng cho các vị trí cột trung gian. - Xà néo: Chịu lực cơ giới tốt không bị uốn cong khi dây bị đứt, có tác dụng néo dây, đỡ sứ. Thường dùng cho các vị trí cột néo thẳng, néo góc, néo đầu, néo cuối. - Xà vượt: Thường có cánh xà rộng chịu lực tốt không bị uốn cong khi dây bị đứt, dùng cho các vị trí cột vượt sông, vượt đường sắt, vượt đường quốc lộ và các công trình khác. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 18 35 II. Vật liệu của đường dây trên không * Xà đường dây - Xà gỗ: Rẻ tiền, nhẹ nhàng, tăng được độ cách điện đường dây nhưng tính chịu lực kém, có tuổi thọ kém, ở Việt nam ít dùng. - Xà sắt: Được dùng phổ biến vì chịu lực tốt, tuổi thọ cao, vận chuyển dễ dàng, giá thành cao. - Xà bê tông cốt thép: Được dùng ở đường dây cao áp vì chịu lực tốt, tuổi thọ cao, vận chuyển cồng kềnh, rẻ tiền. 36 II. Vật liệu của đường dây trên không * Sứ cách điện đường dây - Sứ cách điện trên đường dây gồm có: Sứ cầu dao đường dây, sứ chuỗi cách điện bằng thuỷ tinh, sứ chống sét, sứ cầu chì tự rơi, sứ kim, Sứ chuỗi polyme. Sứ cầu dao cao thế Sứ chống sétSứ thuỷ tinh CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 19 37 II. Vật liệu của đường dây trên không * Sứ cách điện đường dây - Sứ cứng, giòn, chịu nhiệt độ cao, ít thấm nước, thấm khí,chịu được tác dụng của không khí và dung môi hoá chất. Chịu điện áp cao từ 10 ÷ 30V/mm, ρ = 1014 ÷ 1015Ωcm, sứ cách điện bằng polyme có đặc tính cách điện cao. Sứ đứngSứ cầu chì tự rơi Sứ chuỗi polyme 38 II. Vật liệu của đường dây trên không * Tiếp địa - Tiếp địa an toàn: Tiếp địa an toàn là loại tiếp địa bảo đảm an toàn cho người khi tiếp xúc với các vật đang mang điện như các tiếp địa vỏ tủ điện, các giá đỡ thiết bị điện, xà đỡ sứ, vỏ cáp điện. - Tiếp địa lặp lại: Tiếp địa lặp lại là loại tiếp địa làm việc được dùng trong lưới điện hạ thế có nhiệm vụ ngăn chặn sự lệch pha điện áp khi đứt dây trung tính. Nhờ có tiếp địa lặp lại mà đường dây hạ thế giữ được sự cân bằng tương đối điện áp của các pha khi đứt dây trung tính, tiếp địa lặp lại tạo ra sự liên hệ tạm thời giữa nguồn điện với các phụ tải 1 pha qua đất. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 20 39 II. Vật liệu của đường dây trên không * Tạ bù - Tại các vị trí cột đỡ trung gian khi tuyến dây không thẳng, chuỗi sứ treo dây bị nghiêng làm thay đổi khoảng cách giữa các dây pha với nhau hoặc giữa các dây pha với thân cột điện. Tạ bù có vai trò dùng trọng lượng để đẩy chuỗi sứ trở lại cân bằng. 40 II. Vật liệu của đường dây trên không * Tạ Chống rung: - Đường dây trên không nằm ngoài trời thường xuyên chịu ảnh hưởng của gió bão, dây dẫn thường xuyên bị rung động mà bằng mắt thường ta không nhận biết được. Những dao động này được gọi là dao động ký sinh lan truyền trên đường dây tác động lực vào các điểm treo dây. Về lâu dài nếu không khử bỏ những dao động ký sinh thì đây là một nguyên nhân chính gây ra đứt dây. - Chống rung có vai trò tạo ra những dao động ngược pha với dao động ký sinh, có tác dụng triệt tiêu gần như hoàn toàn các dao động ký sinh. Chống rung được lắp hai phía cách điểm treo dây của sứ chuỗi 1m. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 21 41 II. Vật liệu của đường dây trên không 42 II. Vật liệu của đường dây trên không * Hoán vị pha trên đường dây cao thế : - Mục đích để giảm trở kháng X0 của đường dây, giảm tổn thất cho đường dây. Thường áp dụng cho đường dây có cấp điện áp ≥ 35kV, chiều dài tuyến dây trên 100km. 1/3L 1/3L 1/3L A B C Hoán vị pha trên đường dây cao thế CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 22 43 III. Những nguyên nhân gây ra tổn thất điện áp và tổn thất điện năng * Tổn thất điện áp và tổn thất điện năng sinh ra trong quá trình truyền tải và tiêu thụ điện. Những nguyên nhân gây ra tổn thất điện áp và tổn thất điện năng là a. Trên đường dây dẫn điện có điện trở RΩ và điện kháng XΩ. b. Do các máy biến áp có tổn thất công suất ở trong cuộn dây và tổn thất không tải ở trong lõi thép c. Do tiêu thụ nhiều công suất vô công trên lưới điện, chủ yếu do các phụ tải có thành phần điện cảm như cuộn dây máy biến áp, cuộn dây động cơ điện, cuộn cảm có lõi thép... làm giảm cosϕ của lưới điện. 44 III. Những nguyên nhân gây ra tổn thất điện áp và tổn thất điện năng * Tổn thất điện áp và tổn thất điện năng sinh ra trong quá trình truyền tải và tiêu thụ điện. Những nguyên nhân gây ra tổn thất điện áp và tổn thất điện năng là d. Do chế độ vận hành của lưới điện: - Tổn thất càng lớn khi công suất tiêu thụ điện của phụ tải càng lớn. - Tổn thất càng lớn khi thời gian sử dụng công suất cực đại càng kéo dài (thời gian sử dụng công suất cực đại ký hiệu là TMax). - Do máy biến áp thường xuyên vận hành trong tình trạng non tải hoặc không tải. - Do tình trạng lệch tải các pha, tình trạng này thường xảy ra trong lưới điện phân phối hạ thế. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 23 45 IV. Các giải pháp làm giảm tổn thất điện áp * Phải làm giảm điện trở R và điện kháng X của đường dây bằng cách - Có bán kính cung cấp điện hợp lý. - Chọn dây dẫn có điện trở suất nhỏ, có tính dẫn điện tốt. - Tăng cường tiết diện dây dẫn, có hệ số dự phòng cao. - Hạn chế tối đa các mối nối, các mối nối phải có R tiếp xúc nhỏ nhất * Phải lựa chọn cấp điện áp lưới điện phù hợp với công suất chuyên tải và bán kính cung cấp điện, điều chỉnh điện áp đầu nguồn luôn đạt điện áp định mức. * Đặt thiết bị bù công suất vô công cho thiết bị điện. 46 V. Các biện pháp làm giảm tổn thất điện áp và tổn thất điện năng * Nâng cao hệ số công suất cosϕ ở các hộ dùng điện chủ yếu là các xí nghiệp cụ thể là lựa chọn công suất của động cơ hoặc loại động cơ cho phù hợp, nâng cao hệ số phụ tải kB...hạn chế làm việc không tải. * Phân phối công suất tác dụng và công suất phản kháng trong mạng điện theo một phương thức hợp lý nhất. * Giảm công suất phản kháng chuyên tải trong mạng điện. * Bù vô công bằng máy bù đồng bộ hoặc bằng tụ điện tĩnh. CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 24 47 V. Các biện pháp làm giảm tổn thất điện áp và tổn thất điện năng * Bù vô công bằng máy bù đồng bộ hoặc bằng tụ điện tĩnh. * Máy biến áp vận hành theo phương thức tổn thất điện năng ít nhất, vận hành kinh tế trạm biến áp bằng cách hòa đồng bộ máy biến áp. * Nâng cao mức điện áp vận hành của mạng điện. * Nâng cao cấp điện áp định mức của mạng điện. * Lựa chọn sơ đồ nối dây hợp lý nhất cho mạng điện CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt