Báo cáo nghiên cứu khoa học: "TÍNH TOÁN LỰA CHỌN CẤU TRÚC HỢP LÝ CHO LƯỚI PHÂN PHỐI 22KV TẠI KHU VỰC MIỀN TRUNG VÀ TÂY NGUYÊN"

Chia sẻ: Nguyễn Phương Hà Linh Linh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

87
lượt xem 12
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài báo trình bày phương pháp tính toán, phân tích để lựa chọn cấu trúc hợp lý cho lưới điện phân phối 22KV. Qua tìm hiểu ưu nhược điểm các dạng cấu trúc lưới điện phân phối đang sử dụng trên Thế Giới, đề xuất sử dụng kết hợp cấu trúc theo chuẩn Châu Âu và chuẩn Bắc Mỹ cho lưới điện phân phối tại khu vực Miền Trung và Tây Nguyên.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Báo cáo nghiên cứu khoa học: "TÍNH TOÁN LỰA CHỌN CẤU TRÚC HỢP LÝ CHO LƯỚI PHÂN PHỐI 22KV TẠI KHU VỰC MIỀN TRUNG VÀ TÂY NGUYÊN"

TÍNH TOÁN LỰA CHỌN CẤU TRÚC HỢP LÝ CHO LƯỚI PHÂN PHỐI 22KV TẠI KHU VỰC MIỀN TRUNG VÀ TÂY NGUYÊN SELECTIVE CALCULATION OF A PROPER STRUCTURE FOR 22KV ELECTRIC DISTRIBUTION GRID SYSTEM IN THE CENTRAL REGION AND HIGHLANDS OF VIETNAM NGÔ VĂN DƯỠNG Đại học Đà Nẵng NGUYỄN DƯƠNG LONG Công ty Điện lực 3 TÓM T ẮT Bài báo trình bày phương pháp tính toán, phân tích để lựa chọn cấu trúc hợp lý cho lưới điện phân phối 22KV. Qua tìm hiểu ưu nhược điểm các dạng cấu trúc lưới điện phân phối đang sử dụng trên Thế Giới, đề xuất sử dụng kết hợp cấu trúc theo chuẩn Châu Âu v à chuẩn Bắc Mỹ cho lưới điện phân phối tại khu vực Miền Trung và Tây Nguyên. ABSTRACT This article is aimed at finding the proper calculation and analysis to select a proper structure f or 22KV Electric Distribution Grid System. After studying the advantages and disadvantages of structure forms for electric distribution grids used in the world, we decide to propose the combination of the structures conforming to European and North - American standards to be applied for electric distribution grid system in the Central Region and Highlands of Vietnam. 1. Đặt vấn đề Cùng với sự phát triển của nền kinh tế, hệ thống điện (HTĐ) Việt Nam trong những năm qua đã và đang phát triển nhanh cả về qui mô lẫn công nghệ. Bên cạnh việc hình thành các đường dây truyền tải để liên kết giữa các khu vực, lưới điện phân phối (LĐPP) cũng phát triển nhanh theo sự phát triển của các khu kinh tế, khu công nghiệp và các khu đô thị mới... Tuy nhiên LĐPP ở Việt Nam đang tồn tại nhiều cấp điện áp khác nhau như: 6KV, 10KV, 15KV, 22KV và 35KV, theo chủ trương của Tổng công ty Điện lực Việt Nam [1] là từng bước chuyển đổi sang cấp 22KV có trung tính trực tiếp nối đất. Hiện nay trên thế giới đang tồn tại 2 dạng kết cấu LĐPP cơ bản đó là: theo chuẩn Bắc Mỹ có dạng 3 pha, 4 dây và máy biến áp (MBA) phụ tải sử dụng chủ yếu là loại 1 pha; theo chuẩn Châu Âu có dạng 3 pha, 3 dây trung tính trực tiếp nối đất và MBA phụ tải sử dụng là loại 3 pha. Qua tìm hiểu ưu nhược điểm của các dạng kết cấu trên [5], kết hợp với thực tế tại Việt Nam cho thấy có thể sử dụng kết hợp 2 chuẩn trên cho LĐPP 22KV, đặc biệt là tại khu vực Miền Trung và Tây Nguyên. Nghĩa là: sử dụng phương án dùng MBA 3 pha cho các khu vực phụ tải chủ yếu là 3 pha như các khu công nghiệp và sử dụng phương án dùng MBA 3 pha kết hợp với MBA 1 pha điện áp dây và 1 pha điện áp pha cho các khu dân cư. Tuy nhiên, khi sử dụng phương án kết hợp có thể xuất hiện mất đối xứng lớn trong LĐPP, do đó cần phải tính toán phân bố hợp lý trong thiết kế và điều chỉnh trong vận hành đảm bảo cho hệ số không đối xứng (KĐX) về dòng và áp trên lưới phải nằm trong giới hạn cho phép. Mặt khác, để lựa chọn kết cấu hợp lý cho LĐPP của từng khu vực cụ thể cần có sự tính toán so sánh hiệu quả đầu tư công trình theo phương án kết hợp so với phương án sử dụng MBA 3 pha như hiện nay. 2. Phương pháp tính toán hệ số không đối xứng 2.1. Lựa chọn phương pháp tính toán Để tính toán phân tích chế độ KĐX của HTĐ thường sử dụng các phương pháp khác nhau như: Phương pháp thành phần đối xứng, phương pháp giải tích tổ hợp mạng điện, phương pháp toạ độ pha... Qua phân tích ưu nhược điểm của từng phương pháp [6] cho thấy
để tính toán hệ số KĐX cho LĐPP thì phương pháp giải tích tổ hợp mạng điện là phù hợp và dễ tính toán. Tinh thần của phương pháp là xem mạng điện 3 pha là tổ hợp của 3 mạng điện 1 pha, từ đó áp dụng phương pháp giải t ích mạng điện để tính toán trực tiếp dòng và áp trên các pha, tổn thất điện áp trên các nhánhvà điện áp tại các nút với điện áp nút nguồn (nút cân bằng) đã biết. Trên cơ sở đó có thể tính toán được các thành phần đối xứng của điện áp, dòng điện trên các nhánh và xác định được hệ số KĐX của LĐPP. 2.2. Mô hình và phương pháp tính toán Iak+1 Iak Iak Zaa Iabk Zab Yab Icak Ibk Ibk Ibk+1 Zbb Zbc Zca Uak Iank Ibck Ibnk Uak+1 Ybc Yca Ick Ick Ick+1 Zcc Zan Zbn Zcn Yan Ybn Ycn Ink Icnk Ink+1 Zn Ink Hình 1 Hình 2 Xét sơ đồ thay thế để tính toán dòng điện nút và nhánh cho một đoạn  k  k     I an  U an Y an I ab  U ab Y ab đường dây tại nút k như hình 1.  k  k Trong đó, phụ tải được thay thế bằng       I bn  U bn Y bn (1) I bc  U bc Y bc (2)   các tổng trở có giá trị cố định đấu sao  k  k hoặc tam giác tuỳ theo công suất và     I cn  U cn Y cn I ca  U ca Y ca tính chất phụ tải [2][4]. Sử dụng các     định luật Kirhof để tính toán các dòng điện trên sơ đồ như (1) và (2). Từ đó có thể xác định dòng điện cần cung cấp cho phụ tải tại nút k và dòng điện trên nhánh k như sau:  k  k m i I a  I pta   I a  k k k k  Trong đó: I pta  I an  I ab  I ca   i 1 - Iai, Ibi, Ici : là dòng  k  k  k k k k m   điện trên các nhánh có i  I b  I ptb   I b  I ptb  I bn  I bc  I ab (3) (4) nút đầu là k.  k  i 1 k k k  I ptc  I cn  I ca  I bc  k  k - m : là số nhánh có m I c  I ptc   I ci   nút đầu là k    i 1 Tương tự để tính toán điện áp trên nhánh thứ k, xét sơ đồ thay thế như hình 2, đối với LĐPP 22KV có thể bỏ qua các tổng trở tương hỗ giữa dây dẫn pha-pha (Zab=Zbc=Zca=0), dây dẫn pha-đất (Zan=Zbn=Zcn=0) và giả thiết thông số đường dây trên các pha là đối xứng (Zaa=Zbb=Zcc=Zd). Từ sơ đồ có thể xác định được tổn thất điện áp trên nhánh k và điện áp tại nút (k+1) như sau:  k      1       U a  ( Z d  Z n ) I a  Z n ( I bk  I ck ) k k k k U a  U a  U a               k 1 k k k k k k  U b  ( Z d  Z n ) I b  Z n ( I a  I c ) U b  U b   U b (5) (6)           U ck 1  U ck   U ck  U ck  ( Z d  Z n ) I ck  Z n ( I a  I bk ) k     Từ các công thức (4), (5), (6), sử dụng bài toán lặp trong giải tích mạng điện, với các
điều kiện bờ về điện áp nguồn và      K i 2  I 2  K i 2 e ji 2  K i 0  I 0  K i 0 e ji 0 công suất phụ tải đã biết, để tính toán     I1 I1 điện áp tại các nút và dòng điện trên   (7)  (8)  các nhánh. Từ đó xác định được các     U2 U0 ju 2 ju 0 K u2    K u2e K u 0    K u 0 e thành phần đối xứng [2] và tính toán   U1 U1 hệ số KĐX cho lưới điện.   Bắt đầu 2.3. Sơ đồ thuật toán và chương trình tính hệ số KĐX Từ kết quả trên có thể xây dựng các sơ Nhập số liệu đồ thuật toán để tính toán hệ số KĐX như sau: Tính Ynút, Znh Bắt đầu U = Uđm k=1 Tính dòng điện tại các nút Inút Inh(k) = Inut(k) Tính dòng điện trên các nhánh Inh j=n S T=U k = k -1 j = j -1 j=1 nd[j] = k Tính tổn thất điện áp trên các Đ nhánh và điện áp tại các nút Inh(k) = Inh(k) + Inh(j) S S j=1 T - U <  Đ Đ Tính U0, U2 tại các nút S k=1 và I0, I2 trên các nhánh Đ DỪNG Tính KU0, KU2, KI0, KI2 Hình 4: Thuật toán tính dòng điện nhánh DỪNG Bắt đầu Hình 3: Thuật toán chương trình chính k=0 k=k+1 Tính dòng điện tại các nút Inút S k=n Hình 5: Thuật toán Đ Hình 6: Màn hình chương trình KDX tính dòng điện nút DỪNG Trên cơ sở các thuật toán đề tài đã xây dựng chương trình "KDX" [6] [7] cho phép tính toán dòng điện trên các nhánh, điện áp tại các nút và hệ số KĐX cho LĐPP đến 500 nút, màn hình và các chức năng tính toán của chương trình như trên hình 6.
3. Tính toán hiệu quả đầu tư để lựa chọn cấu trúc cho LĐPP 3.1. Phương pháp tính toán: Qua tìm hiểu các phương pháp tính toán hiệu quả đầu tư công trình [2][4], đối với LĐPP đề tài sử dụng phương pháp hàm chi phí hằng năm Z để tính toán phân tích hiệu quả đầu tư công trình, làm cơ sở cho việc lựa chọn cấu trúc hợp lý cho từng khu vực. Hàm chi phí được xác định như sau: Z  (a vh  atc )( K tt  K TBA  K ht )  (Att  ATBA  Aht )C (9) Trong đó: - K, A: là vốn đầu tư và tổn thất điện năng của các thành phần trong lưới. - avh, atc, C: là hệ số vận hành, thu hồi vốn và giá 1KWh tổn thất. Để đảm bảo tính đúng đắn khi so sánh các phương án cần đảm bảo nguyên tắc: Chất lượng điện năng đến hộ xa nhất, phạm vi và công suất cấp điện của các phương án là tương đương; Mật độ phụ tải trong phạm vi cấp điện phân bố đều; Phụ tải của lưới 3 pha là đối xứng. 3.2. Nguyên tắc bố trí cấu trúc lưới: Đối với mỗi khu vực tuỳ theo thực tế của công trình có thể lựa chọn một trong các dạng cấu trúc LĐPP sau, giữa phương án dùng MBA 3 pha và phương án dùng MBA 1 pha trong sơ đồ kết hợp: a. Cấu trúc 1: S2(1pha) S3(1pha) S1(1pha) S(3pha) XT1 XT2 Hình 8: Cấu trúc dùng MBA 1 pha Hình 7: Cấu trúc dùng MBA 3 pha b. Cấu trúc 2: S2(1pha) S3(1pha) S1(1pha) S(3pha) XT1 XT2 XT4 XT3 Hình 9: Cấu trúc dùng MBA 3 pha Hình 10: Cấu trúc dùng MBA 1 pha c. Cấu trúc 3: S2(1pha) S1(1pha) S3(1pha) S(3pha) S4(1pha) Hình 12: Cấu trúc dùng MBA 1 pha Hình 11: Cấu trúc dùng MBA 3 pha 3.3. Lựa chọn cấu trúc cho LĐPP: Trên cơ sở cấu trúc lưới xây dựng theo 2 phương án, tiến hành tính toán hàm chi phí hàng năm Z theo (9). Phương án được lựa chọn sẻ là phương án có hàm chi phí Z bé nhất. 4. Áp dụng tính toán cho LĐPP thực tế Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu ở mục 2 và mục 3, đề tài đã tiến hành tính toán cho 2 lưới điện thực tế [6] kết quả như sau:
4.1. Dự án điện khí hoá xã Vĩnh Thịnh, tỉnh Bình Định (dạng LĐPP khu vực nông thôn) CHỈ TIÊU KỸ THUẬT CHỈ TIÊU KINH TẾ hổn Thông số Đ.vị Chỉ tiêu Đ.vị hổn hợp 3 pha 3 pha hợp Vốn đầu tư 103 KUmax % 0,00 0,11 8.432,96 7.413,61 công trình VNĐ % 1,90 2,10 Umax trung áp 103 Hàm chi % 2,90 2,61 1.296,35 1.146,81 Umax hạ áp phí VNĐ 103KWh 97,70 95,86 A tính toán Z 4.2. Dự án cải tạo lưới Buôn Mê Thuộc, tuyến 472-F1 (dạng LĐPP khu vực đô thị) CHỈ TIÊU KỸ THUẬT CHỈ TIÊU KINH TẾ hổn Thông số Đ.vị Chỉ tiêu Đ.vị hổn hợp 3 pha 3 pha hợp Vốn đầu tư 103 KUmax % 0,00 0,11 8.432,96 7.413,61 công trình VNĐ % 1,90 2,10 Umax trung áp 103 Hàm chi % 2,90 2,61 1.296,35 1.146,81 Umax hạ áp phí VNĐ 103KWh 97,70 95,86 A tính toán Z Qua kết quả tính toán cho 2 trường hợp trên cho thấy phương án sử dụng cấu trúc kết hợp có hàm chí phí tính toán hàng năm Z nhỏ hơn và hệ số KĐX nằm trong giới hạn cho phép, cho nên cấu trúc hợp lý sử dụng cho các khu vực trên là LĐPP có cấu trúc kết hợp. 5. Kết luận Chương trình "KDX" được sử dụng để tính toán phân bố dòng điện và điện áp cho LĐPP có xét đến yếu tố bất đối xứng. Kết quả chạy chương trình có thể nhận được dòng điện trên các nhánh và điện áp tại các nút trên cả 3 pha và hệ số KĐX về dòng điện và điện áp. Đối với LĐPP 22 KV có trung tính trực tiếp nối đất có thể sử dụng cấu trúc kết hợp giữa chuẩn Châu Âu và chuẩn Bắc Mỹ, tuy nhiên trong từng trường hợp cụ thể cần có sự tính toán để hệ số KĐX về dòng và áp nằm trong giới hạn cho phép và có sự so sánh hàm chi phí Z với phương án dùng MBA 3 pha để lựa chọn. Qua kết quả tính toán cho thấy đối với LĐPP khu vực Miền Trung và Tây Nguyên nếu bố trí cấu trúc hợp lý thì phương án kết hợp giữa MBA 1 pha và 3 pha có hàm chi phí thấp. Đặc biệt đối với khu vực Tây Nguyên có nhiều cụm phụ tải công suất nhỏ ở xa trung tâm thì phương án nầy khá hiệu quả.
TÀI LIÊU THAM KHẢO Bộ năng lượng, Qui định các tiêu chuẩn kỹ thuật cấp điện áp trung thế 22KV, Hà Nội, [ 1] 1994. Trần Bách, Lưới điện và Hệ thống điện, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội, 2004. [ 2] A.A Fedorov và G.V.S Xerbinovxki, Mạng lưới điện công nghiệp, NXB Thanh niên, [ 3] Hà Nội, 2000. Nguyễn Văn Đạm, Mạng lưới điện - Tính chế độ xác lập của các mạng & Hệ thống [ 4] điện phức tạp, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội, 2000. [ 5] T.A. Short, Electrical power distribution, Singapore, 2003. Nguyễn Dương Long, Luận văn thạc sỹ kỹ thuật, Đại học Đà Nẵng, 2005. [ 6] Mai Anh Đức, Trần Thanh Liêm, Đồ án tốt nghiệp, Trường ĐHBK-ĐHĐN, 2005. [ 7]