Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật điện: Giải pháp tự động hóa nâng cao độ tin cậy cung cấp điện lộ 471E1.38 cho lưới điện trung áp huyện Gia Lâm

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:112

Thêm vào BST

Báo xấu

11
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật điện "Giải pháp tự động hóa nâng cao độ tin cậy cung cấp điện lộ 471E1.38 cho lưới điện trung áp huyện Gia Lâm" với mục đích đưa ra được các giải pháp tự động hóa nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp điện trên lưới điện trung áp của Công ty Điện lực Gia Lâm, cụ thể là trên lộ đường dây 471E1.38.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật điện: Giải pháp tự động hóa nâng cao độ tin cậy cung cấp điện lộ 471E1.38 cho lưới điện trung áp huyện Gia Lâm

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC NGUYỄN NHẬT LINH GIẢI PHÁP TỰ ĐỘNG HÓA NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN LỘ 471E1.38 LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP HUYỆN GIA LÂM LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN HÀ NỘI, 2022
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC NGUYỄN NHẬT LINH GIẢI PHÁP TỰ ĐỘNG HÓA NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN LỘ 471E1.38 LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP HUYỆN GIA LÂM Chuyên ngành : Kỹ Thuật Điện Mã số : 8520201 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN Người hướng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Phúc Huy HÀ NỘI, 2022
LỜI CẢM ƠN Sau một thời gian nghiên cứu đến nay luận văn “Giải pháp tự động hóa nâng cao độ tin cậy cung cấp điện lộ 471E1.38 cho lưới điện trung áp huyện Gia Lâm” đã được hoàn thành. Trong quá trình làm đề tài này tôi đã nhận được sự giúp đỡ của các Thầy giáo, Cô giáo và các bạn bè đồng nghiệp đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình và chu đáo của thầy TS Nguyễn Phúc Huy. Tôi xin chân thành cảm ơn và xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến thầy TS Nguyễn Phúc Huy, các thầy cô giáo trong khoa kỹ thuật điện trường Đại học Điện lực đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi xây dựng và hoàn thành bản luận văn này. Tôi xin chân thành cảm ơn các bạn bè đồng nghiệp tại Trung tâm Điều độ HTĐ thành phố Hà Nội đã tạo điều kiện hết sức cho tôi được tham gia học tập, cảm ơn gia đình là niềm tin, chỗ dựa vững chắc cho bản thân tôi và xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới các cán bộ của Công ty Điện lực Gia Lâm – Tổng Công ty Điện lực TP. Hà Nội đã giúp đỡ, cung cấp số liệu, tài liệu quý báu phục vụ cho quá trình nghiên cứu, là cẩm nang không thể thiếu để tôi hoàn thành luận văn này. Tôi xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày … tháng … năm 2022 Tác giả Nguyễn Nhật Linh
LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đã sử dụng các tài liệu tham khảo của các tác giả, các nhà khoa học và các luận văn được trích dẫn trong phụ lục “Tài liệu tham khảo” cho việc nghiên cứu và viết luận văn của mình ... Tôi cam đoan về các số liệu và kết quả tính toán được trình bày trong luận văn là hoàn toàn do tôi tự tìm hiểu và thực hiện trong quá trình nghiên cứu và viết luận văn của mình, không sao chép và chưa được sử dụng cho đề tài luận văn nào ... Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày … tháng … năm 2022 Tác giả Nguyễn Nhật Linh
MỤC LỤC MỤC LỤC .......................................................................................................... i DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT .......................................................................... iii DANH MỤC BẢNG BIỂU .............................................................................. iv DANH MỤC HÌNH VẼ .................................................................................... v I. MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 1 1. Lý do chọn đề tài ..................................................................................................1 2. Mục đích nghiên cứu ............................................................................................2 3. Nhiệm vụ nghiên cứu: ..........................................................................................2 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .......................................................................2 5. Phương pháp nghiên cứu .....................................................................................3 II. NỘI DUNG .................................................................................................. 3 CHƯƠNG 1: PHÂN TÍCH HIỆN TRẠNG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TRUNG ÁP HUYỆN GIA LÂM ...................................................................... 4 1.1. Giới thiệu chung về lưới điện phân phối trung áp huyện Gia Lâm .............4 1.1.1. Giới thiệu chung về lưới điện phân phối ....................................................4 1.1.2. Hiện trạng thiết bị và kết cấu lưới điện trung thế huyện Gia Lâm ...........14 1.2. Thực tế quá trình đánh giá độ tin cậy cung cấp điện ..................................17 1.2.1. Tổng quan về độ tin cậy cung cấp điện.....................................................17 1.2.2. Thực hiện độ tin cậy cung cấp điện và đánh giá thực tế của Công ty Điện lực Gia Lâm.........................................................................................................23 1.3. Đặc điểm và các nhược điểm còn hạn chế của công tác vận hành trong lưới điện trung áp huyện Gia Lâm .......................................................................24 CHƯƠNG 2: GIẢI PHÁP TỰ ĐỘNG HÓA NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY ... 25 2.1. Độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện phân phối .......................................25 2.1.1. Các phương pháp đánh giá độ tin cậy cung cấp điện................................25 2.1.2. Phương pháp không gian trạng thái ..........................................................32 2.1.3. Phương pháp cây hỏng hóc .......................................................................33 2.1.4. Phương pháp mô phỏng Monte – Carlo ....................................................33 2.1.5. Phương pháp phân tích độ tin cậy của lưới điện .......................................37 i
2.2. Tự động hóa nâng cao độ tin cậy cung cấp điện...........................................44 2.2.1. Định hướng về tự động hóa đối với lưới nổi trung áp ..............................44 2.2.2. Định hướng về tự động hóa lưới ngầm trung áp .......................................45 2.2.3. Tình hình hiện trạng tự động hóa lưới điện Gia Lâm ...............................45 2.3. Quan hệ giữa độ tin cậy và chi phí đầu tư ....................................................48 CHƯƠNG 3: LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ ........................................................................................................ 50 3.1. Cơ sở đề xuất các phương án .........................................................................50 3.1.1. Các nguyên nhân làm giảm độ tin cậy của lưới điện ................................50 3.1.2. Các giải pháp nâng cao độ tin cậy của lưới điện ......................................53 3.1.3. Hiện trạng lộ đường dây trung thế 471E1.38 và sử dụng phần mềm ETAP để mô phỏng và tính toán ....................................................................................62 3.1.4. Giải pháp tự động hóa lộ 471E1.38 ..........................................................79 3.2. So sánh kinh tế các phương án .......................................................................84 3.2.1. Hiệu quả kinh tế được tính bằng hiệu giá NPV (net present value). ........84 3.2.2. Các thông số cần thiết tính toán NPV để phân tích hiệu quả kinh tế........86 3.2.3. Kết quả tính hiệu quả kinh tế NPV của đường dây trung thế huyện Gia Lâm lộ 471E1.38 .................................................................................................86 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU ............................. 90 4.1. Kết luận ............................................................................................................90 4.2. Kiến nghị và Hướng nghiên cứu ....................................................................90 III. DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................... 92 IV. PHỤ LỤC ................................................................................................... 1 ii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT STT Từ viết tắt Nguyên nghĩa 1 DCL Dao cách ly 2 ĐZ Đường dây 3 FCI Thiết báo sự cố 4 FPI Thiết bị báo sự cố tích hợp truyền thông 5 HTĐ Hệ thống điện 6 LBS Cầu dao phụ tải 7 LBS-O Cầu dao phụ tải có gắn động cơ điều khiển từ xa 8 MC Máy cắt 9 NPV Net present value – chỉ số đánh giá hiệu quả kinh tế 10 TĐK Thời gian sửa chữa định kỳ 11 TĐL Tự đóng lại 12 TĐN Tự động đóng nguồn dự phòng 13 TG Thanh góp iii
DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1- 1: Thông số tải max các lộ đường dây trung thế hè 2017 và 2018 ..................16 Bảng 1- 2: Chỉ sô SAIDI Công ty Điện lực Gia Lâm năm 2017 ..................................23 Bảng 2- 1: Vị trí lắp đặt và kết nối miniSCADA lưới điện trung áp huyện Gia Lâm ..48 Bảng 3- 1: Bảng kê chi tiết hiện trạng lộ đường dây 471E1.38 ....................................63 Bảng 3- 2: Bảng kê chi tiết thiết bị đóng cắt và đèn báo sự cố hiện có của lộ 471E1.38 .......................................................................................................................................63 Bảng 3- 3: Bảng thông số đường dây cáp lộ 471E1.38 .................................................63 Bảng 3- 4: Thông số tải lộ 471E1.38 .............................................................................66 Bảng 3- 5: Bảng tổng hợp thông số các phần tử trên lộ đường dây 471E1.38 .............78 Bảng 3- 6: Bảng kê số lượng thiết bị lắp đặt .................................................................80 Bảng 3- 7: Thông số cường độ hỏng hóc và phục hồi của LBS-O theo phương án 1 ..81 Bảng 3- 8: Bảng kê số lượng thiết bị lắp đặt theo phương án 2 ....................................83 Bảng 3- 9: : Thông số cường độ hỏng hóc, phục hồi của LBS-O và Recloser theo phương án 2 ...................................................................................................................83 Bảng 3- 10: Hệ số hiện đại hóa cho các năm t .............................................................. 85 Bảng 3- 11: Kết quả tính toán hiệu quả kinh tế NPV của đường dây khi dung 4 LBS-O .......................................................................................................................................87 Bảng 3- 12: Kết quả tính toán hiệu quả kinh tế NPV của đường dây khi lắp đặt kết hợp 05 LBS-O và 01 Recloser .............................................................................................. 88 iv
DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1- 1: Sơ đồ phân phối trên không hình tia .............................................................. 9 Hình 1- 2: Sơ đồ lưới phân phối mạch vòng kín ........................................................... 10 Hình 1- 3: Cung cấp điện bằng hai nguồn dây song song .............................................11 Hình 1- 4: Mạch liên nguồn........................................................................................... 11 Hình 1- 5: Cung cấp điện thông qua trạm cắt ................................................................ 12 Hình 1- 6: Sơ đồ sử dụng đường dây dự phòng chung .................................................12 Hình 1- 7: Sơ đồ hệ thống phân phối điện .....................................................................13 Hình 1- 8: Sơ đồ lưới phân phối hạ áp ..........................................................................14 Hình 1- 9: Phương pháp cấp điện cho phụ tải 1 pha .....................................................14 Hình 1- 10: Biểu đồ thể hiện chỉ số SAIDI từ 2016 đến 2018 của Công ty Điện lực Gia Lâm ................................................................................................................................ 23 Hình 2- 1: Sơ đồ song song ........................................................................................... 26 Hình 2- 2: Sơ đồ hỗn hợp .............................................................................................. 26 Hình 2- 3: Sơ đồ nối tiếp ............................................................................................... 27 Hình 2- 4:Sơ đồ phương pháp đường tối thiểu .............................................................. 31 Hình 2- 5: Sơ đồ phương pháp lát cắt tối thiểu ............................................................. 32 Hình 2- 6 ........................................................................................................................35 Hình 2- 7 ........................................................................................................................36 Hình 2- 8: Sơ đồ tổng quát của lưới điện hình tia .........................................................37 Hình 2- 9: Sơ đồ tổng quan về định hướng tự động hóa lưới nổi .................................44 Hình 2- 10: Sơ đồ tổng quan về tự động hóa lưới ngầm trung áp .................................45 Hình 3- 1: Sự cố hỏng hóc do chuột gây ra ...................................................................28 Hình 3- 2: Cầu dao cách ly ............................................................................................ 55 Hình 3- 3: Cầu dao phụ tải LBS ....................................................................................56 Hình 3- 4: Máy cắt Recloser ..........................................................................................57 Hình 3- 5: Thiết bị cảnh báo sự cố trên đường dây .......................................................58 Hình 3- 6: Sơ đồ tự đóng nguồn tự dùng .......................................................................59 v
Hình 3- 7: Bảng Rating nguồn.......................................................................................69 Hình 3- 8: Bảng Shot Circuit nguồn ..............................................................................69 Hình 3- 9: Hộp thoại Reliability thể hiện các thông số tính toán độ tin cậy của nguồn70 Hình 3- 10: Hộp thoại information cable thể hiện thông số của dây dẫn là cáp ngầm .71 Hình 3- 11: Hộp thoại Reliability thể hiện các thông số tính toán độ tin cậy của dây dẫn là cáp ngầm .............................................................................................................71 Hình 3- 12: Hộp thoại information transmission line thể hiện thông số của dây dẫn là đường dây không ...........................................................................................................72 Hình 3- 13: Hộp thoại Reliability thể hiện các thông số tính toán độ tin cậy của dây dẫn là đường dây không ................................................................................................ 72 Hình 3- 14: Hộp thoại Rating thể hiện các thông số của MBA.....................................73 Hình 3- 15: Hộp thoại Reliability thể hiện các thông số tính toán độ tin cậy của máy biến áp............................................................................................................................ 74 Hình 3- 16: Hộp thoại Nameplate thể hiện thông số tải ................................................75 Hình 3- 17: Hộp thoại Reliability thể hiện các thông số tính toán độ tin cậy của tải ...75 Hình 3- 18: Hộp thoại Information Single – Throw Switch thể hiện các thông số của thiết bị phân đoạn cầu dao ............................................................................................. 76 Hình 3- 19: Hộp thoại Reliability thể hiện các thông số tính toán độ tin cậy của thiết bị phân đoạn cầu dao .........................................................................................................77 Hình 3- 20: Hộp thoại Rating thể hiện thông số của Recloser ......................................77 Hình 3- 21: Hộp thoại Reliability thể hiện các thông số tính toán độ tin cậy của Recloser .........................................................................................................................78 Hình 3- 22: Kết quả tính độ tin cậy của lộ 471E1.38 sau khi chạy mô phỏng .............80 Hình 3- 23: Kết quả tính toán độ tin cậy bằng Etap theo phương án 1 .........................82 Hình 3- 24: Kết quả tính toán độ tin cậy bằng Etap theo phương án 2 .........................84 vi
I. MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Nhiệm vụ của hệ thống điện là sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng đến các hộ tiêu thụ, trong đó phải đảm bảo các tiêu chuẩn chất lượng điện năng theo quy định và độ tin cậy cung cấp điện hợp lý. Độ tin cậy cung cấp điện cùng với chất lượng điện năng là hai chỉ tiêu quan trọng để đánh giá về một hệ thống điện, mọi nghiên cứu tính toán kỹ thuật và công nghệ áp dụng cho một hệ thống điện đều mục đích đảm bảo hai chỉ tiêu này. Khi quy hoạch thiết kế và vận hành hệ thống điện, đảm bảo hệ thống điện được phát triển tối ưu và vận hành đạt hiệu quả cao nhất. Khi quy hoạch, thiết kế và vận hành hệ thống điện, đảm bảo hệ thống điện được phát triển tối ưu và vận hành đạt hiệu quả kinh tế cao nhất. Quá trình quy hoạch hệ thống điện được thể hiện trong phân bố và dự trữ công suất nguồn, công suất dự phòng, kết cấu lưới nhằm đảm bảo độ tin cậy cần thiết. Việc tính toán độ tin cậy của hệ thống điện ngày càng được chú ý, rất nhiều công trình nghiên cứu đã cho phép đưa ra các thuật toán hiệu quả giải quyết triệt để việc tính toán độ tin cậy hệ thống điện và được áp dụng tính toán cho các lưới điện có cấu trúc khá phức tạp. Lưới điện trung áp cấp điện trực tiếp cho các phụ tải chiếm khối lượng đầu tư lớn (khoảng 15% tổng vốn đầu tư), tổn thất trên lưới điện này rất lớn. Đặc biệt ở các cấp điện áp 6kV, 10kV, 22kV lấy qua các trạm trung gian 35/6kV và 35/10kV không có hệ thống điều áp dưới tải(khoảng 40-50% tổn thất của hệ thống điện), độ tin cậy cung cấp điện kém, thường xuyên xẩy ra sự cố, hỏng hóc.....cần được tính toán, đề nghị sử dụng các biện pháp nâng cao độ tin cậy đảm bảo các tiêu chuẩn điện năng theo quy định. Vấn đề đang đặt ra cho ngành điện nói chung và Công ty Điện lực Gia Lâm – Tổng Công ty Điện lực TP.Hà Nội nói riêng hiện nay là với sự phát triển nguồn và lưới điện trong tương lai lớn mạnh, làm sao cho chất lượng điện năng cung cấp cho khách hàng luôn đảm bảo và ngày càng nâng cao, đồng thời phải giảm tổn thất công suất trên lưới điện phân phối ở mức thấp nhất và độ tin cậy hợp lý. Vấn đề nâng cao độ tin cậy lưới điện đã trở thành mục tiêu và nhiệm vụ quan trọng hàng đầu trong sản xuất kinh doanh của ngành điện. Do đó để giải quyết vấn đề này cần phải thực hiện nhiều giải pháp khác nhau. Giải pháp tự động hóa để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho lưới điện phân phối trung áp được đề ra và nghiên cứu là 1
một giải pháp tích cực và cần thiết. Nghiên cứu các giải pháp tự động hóa cụ thể trên lộ đường dây 471E1.38 lưới điện trung áp huyện Gia Lâm sẽ đưa ra được những kết quả cụ thể nhất về sự hiệu quả trong việc nâng cao độ tin cậy cung cấp điện và chất lượng điện năng và là nền tảng để sẵn sàng đầu tư tự động hóa trong lưới điện ở các mức cao hơn trong tương lai cho toàn bộ lưới điện 2. Mục đích nghiên cứu Đưa ra được các giải pháp tự động hóa nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp điện trên lưới điện trung áp của Công ty Điện lực Gia Lâm, cụ thể là trên lộ đường dây 471E1.38 3. Nhiệm vụ nghiên cứu: Nghiên cứu các yếu tố khác ảnh hưởng tới các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện phân phối trung áp Nghiên cứu khả năng ứng dụng giải pháp tự động hóa, giám sát và điều khiển giảm thiểu thời gian gián đoạn ngừng cung cấp điện Nghiên cứu các giải pháp giám sát và điều khiển từ xa lộ 471E1.38 qua đó nhằm nâng cao độ tin cậy cũng như chất lượng điện năng của lưới điện phân phối 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Lộ đường dây: 471E1.38 thuộc lưới điện phân phối trung áp huyện Gia Lâm do Công ty Điện lực Gia Lâm quản lý vận hành và khai thác, là một trong những xuất tuyến có phụ tải quan trọng. Phạm vi nghiên cứu: Phân tích, nghiên cứu đưa ra các giải pháp giám sát và điều khiển từ xa lộ 471E1.38 Đánh giá các giải pháp dựa trên các chỉ số kinh tế, kỹ thuật Ứng dụng các giải pháp vào vận hành lưới điện, kết quả đạt được sẽ là nền tảng để đầu tư tự động hóa lưới điện một các hiệu quả và đồng bộ. Thời gian nghiên cứu: Từ năm 2020 – 2021 2
5. Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết về đặc điểm lưới phân phối: cấu trúc lưới điện, cơ cấu phụ tải. Nghiên cứu số liệu thực tế về các loại sự cố, các yếu tố tác động và các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy cung cấp điện thực tế Nghiên cứu tính toán áp dụng giải pháp tự động hóa, giám sát và điều khiển lưới điện có đánh giá về hiệu quả kinh tế, để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện Nghiên cứu ứng dụng phần mềm trong tính toán II. NỘI DUNG Luận văn bao gồm: Phần mở đầu, kết luận, phụ lục, danh mục tài liệu tham khảo, và nội dung của đề tài có 04 chương sau: Chương 1: Phân tích hiện trạng lưới điện phân phối trung áp huyện Gia Lâm Chương 2: Giải pháp tự động hóa nâng cao độ tin cậy Chương 3: Lựa chọn phương án và đánh giá hiệu quả kinh tế Chương 4: Kết luận và hướng nghiên cứu Trong luận văn này đề cập đến vấn đề mang tính thực tiễn, các kết quả tính toán dựa trên cơ sở số liệu thu thập, thống kê từ lưới điện thực tế, các giải pháp đề ra dựa trên cơ sở lý thuyết và thực tiễn, phù hợp với điều kiện kinh tế hiện nay ở các Công ty Điện lực thuộc Tổng Công ty Điện lực Thành phố Hà Nội. 3
CHƯƠNG 1: PHÂN TÍCH HIỆN TRẠNG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TRUNG ÁP HUYỆN GIA LÂM 1.1. Giới thiệu chung về lưới điện phân phối trung áp huyện Gia Lâm 1.1.1. Giới thiệu chung về lưới điện phân phối Lưới phân phối điện là một bộ phận của hệ thống điện làm nhiệm vụ phân phối điện năng từ các trạm trung gian, các trạm khu vực hay thanh cái của nhà máy điện cấp điện cho phụ tải. Nhiệm vụ của lưới phân phối là cấp điện cho phụ tải đảm bảo chất lượng điện năng và độ tin cậy cung cấp điện trong giới hạn cho phép. Tuy nhiên do điều kiện kinh tế và kỹ thuật, độ tin cậy của lưới phân phối cao hay thấp phụ thuộc vào yêu cầu của phụ tải và chất lượng của lưới điện phân phối. Lưới phân phối gồm lưới phân phối trung áp và lưới phân phối hạ áp. Cấp điện áp thường dùng trong lưới phân phối trung áp là 6, 10, 15, 22 và 35kV. Cấp điện áp thường dùng trong lưới phân phối hạ áp là 380/220V hay 220/110V. 1.1.1.1. Đặc điểm và phân loại lưới điện phân phối (a) Đặc điểm Lưới phân phối có tầm quan trọng cũng như có ảnh hưởng lớn đến chỉ tiêu kinh tế thuật của hệ thống điện như: - Trực tiếp cấp điện và đảm bảo chất lượng điện năng cho phụ tải (chủ yếu là điện áp) - Giữ vai trò rất quan trọng trong đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cho phụ tải. Tỷ lệ điện năng bị mất (điện năng mất/tổng điện năng phân phối) do ngừng điện được thống kê như sau: + Do ngừng điện lưới 110kV trở lên: (0.1  0.3)x10−4 + Do sự cố lưới điện trung áp: 4.5x10−4 + Do ngừng điện kế hoạch lưới trung áp: 2.5x10−4 + Do sự cố lưới điện hạ áp: 2 x10−4 + Do ngừng điện kế hoạch lưới hạ áp: 2 x10−4 4
Điện năng bị mất do sự cố và ngừng điện kế hoạch trong lưới phân phối chiếm 98%. Ngừng điện (sự cố hay kế hoạch) trên lưới phân trung áp có ảnh hưởng rất lớn đến các hoạt động kinh tế xã hội. - Chi phí đầu tư xây dựng lưới phân phối chiếm tỷ lệ lớn khoảng 50% của hệ thống điện (35% cho nguồn điện, 15% cho lưới hệ thống và lưới truyền tải). - Tổn thất điện năng trong lưới phân phối lớn gấp 2-3 lần lưới truyền tải và đến (65-70)% tổn thất toàn hệ thống. - Lưới phân phối gần với người sử dụng điện do đó vấn đề an toàn điện cũng rất quan trọng. (b) Phân loại lưới phân phối Người ta thường phân loại lưới trung áp theo 3 dạng: - Theo đối tượng và địa bàn phục vụ: + Lưới phân phối thành phố. + Lưới phân phối nông thôn. + Lưới phân phối xí nghiệp. - Theo thiết bị dẫn điện: + Lưới phân phối trên không. + Lưới phân phối cáp ngầm. - Theo cấu trúc hình dáng: + Lưới phân phối hở (hình tia) có phân đoạn, không phân đoạn. + Lưới phân phối kín vận hành hở. + Hệ thống phân phối điện. 1.1.1.2. Các phần tử trong lưới phân phối Các phần tử của lưới điện phân phối bao gồm: - Máy biến áp trung gian và máy biến áp phân phối. - Thiết bị dẫn điện: Đường dây điện (dây dẫn và phụ kiện). - Thiết bị đóng cắt và bảo vệ: Máy cắt, dao cách ly, cầu chì, chống sét van, áp tô mát, hệ thống bảo vệ rơ le, giảm dòng ngắn mạch 5
- Thiết bị điều chỉnh điện áp: Thiết bị điều áp dưới tải, thiết bị thay đổi đầu phân áp ngoài tải, tụ bù ngang, tụ bù dọc, thiết bị đối xứng hóa, thiết bị lọc sóng hài bậc cao - Thiết bị đo lường: Công tơ đo điện năng tác dụng, điện năng phản kháng, đồng hồ đo điện áp và dòng điện, thiết bị truyền thông tin đo lường... - Thiết bị giảm tổn thất điện năng: Tụ bù. - Thiết bị nâng cao độ tin cậy: Thiết bị tự động đóng lại, thiết bị tự đóng nguồn dự trữ, máy cắt hoặc dao cách ly phân đoạn, các khớp nối dễ tháo trên đường dây, kháng điện hạn chế ngắn mạch,... - Thiết bị điều khiển từ xa hoặc tự động: Máy tính điện tử, thiết bị đo xa, thiết bị truyền, thu và xử lý thông tin, thiết bị điều khiển xa, thiết bị thực hiện,... Mỗi phần tử trên lưới điện đều có các thông số đặc trưng (công suất, điện áp định mức, tiết diện dây dẫn, điện kháng, điện dung, dòng điện cho phép, tần số định mức, khả năng đóng cắt, ...) được chọn trên cơ sở tính toán kỹ thuật. Những phần tử có dòng công suất đi qua (máy biến áp, dây dẫn, thiết bị đóng cắt, máy biến dòng, tụ bù, ...) thì thông số của chúng ảnh hưởng trực tiếp đến thông số chế độ (điện áp, dòng điện, công suất) nên được dùng để tính toán chế độ làm việc của lưới điện phân phối. Nói chung các phần tử chỉ có 2 trạng thái: Làm việc và không làm việc. Một số ít phần tử có nhiều trạng thái như: Hệ thống điều áp, tụ bù có điều khiển, mỗi trạng thái ứng với một khả năng làm việc. Một số phần tử có thể thay đổi trạng thái trong khi mang điện (dưới tải) như: Máy cắt, áp tô mát, các thiết bị điều chỉnh dưới tải. Một số khác có thể thay đổi khi cắt điện như: Dao cách ly, đầu phân áp cố định. Máy biến áp và đường dây nhờ các máy cắt có thể thay đổi trạng thái dưới tải. Nhờ các thiết bị phân đoạn, đường dây điện được chia thành nhiều phần tử của hệ thống điện. Không phải lúc nào các phần tử của lưới phân phối cũng tham gia vận hành, một số phần tử có thể nghỉ vì lý do sự cố hoặc lý do kỹ thuật, kinh tế khác. Ví dụ tụ bù có thể bị cắt lúc phụ tải thấp để giữ điện áp, một số phần tử lưới không làm việc để lưới phân phối vận hành hở theo điều kiện tổn thất công suất nhỏ nhất. 6
1.1.1.3. Sơ đồ lưới điện phân phối (a) Cấu trúc lưới điện phân phối Lưới điện phân phối bao gồm: - Các phần tử tạo thành lưới điện phân phối. - Sơ đồ lưới điện phân phối. - Hệ thống điều khiển lưới điện phân phối. Cấu trúc lưới điện phân phối bao gồm: Cấu trúc tổng thể và cấu trúc vận hành. - Cấu trúc tổng thể: Bao gồm tất cả các phần tử và sơ đồ lưới đầy đủ. Muốn lưới điện có độ tin cậy cung cấp điện cao thì cấu trúc tổng thể phải là cấu trúc thừa. Thừa về số phần tử, về khả năng tải của các phần tử, thừa về khả năng lập sơ đồ. Ngoài ra trong vận hành còn phải dự trữ các thiết bị thay thế và vật liệu để sửa chữa. Trong một chế độ vận hành nhất định chỉ cần một phần của cấu trúc tổng thể là đủ đáp ứng nhu cầu, ta gọi phần đó là cấu trúc vận hành. Một cấu trúc vận hành gọi là một trạng thái của lưới điện. Có cấu trúc vận hành bình thường gồm các phần tử tham gia vận hành và các sơ đồ vận hành do người vận hành lựa chọn. Có thể có nhiều cấu trúc vận hành thỏa mãn điều kiện kỹ thuật, người ta phải chọn cấu trúc vận hành tối ưu theo điều kiện kinh tế (tổn thất nhỏ nhất). Khi xảy ra sự cố, một phần tử đang tham gia vận hành bị hỏng thì cấu trúc vận hành bị rối loạn, người ta phải nhanh chóng chuyển qua cấu trúc vận hành sự cố bằng cách thay đổi các trạng thái phần tử cần thiết. Cấu trúc vận hành sự cố có chất lượng vận hành thấp hơn so với cấu trúc vận hành bình thường. Trong chế độ vận hành sau sự cố có thể xảy ra mất điện phụ tải. Cấu trúc vận hành sự cố chọn theo độ an toàn cao và khả năng thao tác thuận lợi. Cấu trúc lưới điện phân phối có thể là: - Cấu trúc tĩnh: Trong cấu trúc này lưới điện phân phối không thể thay đổi sơ đồ vận hành. Ở cấu trúc này khi cần bảo dưỡng hay sự cố thì toàn lưới phân phối hoặc một phần lưới phân phối phải ngừng điện. Đó là lưới phân phối hình tia không phải đoạn và hình tia phân đoạn bằng dao cách ly hoặc máy cắt. - Cấu trúc động không hoàn toàn: Trong cấu trúc này lưới điện phân phối có thể thay đổi sơ đồ vận hành ngoài tải, tức là trong khi lưới phân phối cắt điện. Đó là lưới điện phân phối có cấu trúc kín vận hành hở. 7
- Cấu trúc động hoàn toàn: Trong cấu trúc này lưới điện phân phối có thể thay đổi sơ đồ vận hành ngay cả khi đang làm việc, đó là hệ thống phân phối điện. Cũng 2 mức cấu trúc động hoàn toàn, ở mức thấp trong khi thay đổi cấu trúc gây ra mất điện tạm thời ngắn hạn, còn ở mức cao sự thay đổi cấu trúc không gây ra mất điện. Lưới điện phân phối của các nước phát triển cao hiện đang ở mức thấp và đang thử nghiệm ở mức cao. - Cấu trúc động được áp dụng là do nhu cầu ngày càng cao về độ tin cậy cung cấp điện. Ngoài ra cấu trúc động cho phép vận hành kinh tế lưới điện phân phối, trong đó cấu trúc động không hoàn toàn và cấu trúc động hoàn toàn mức thấp cho phép vận hành kinh tế lưới điện theo mùa, khi đồ thị phụ tải thay đổi đáng kể. Cấu trúc động ở mức cao cho phép vận hành lưới điện trong thời gian thực, lưới phân phối trong cấu trúc này phải được thiết kế sao cho có thể vận hành kín trong thời gian ngắn trong khi thao tác sơ đồ. Cấu trúc lưới điện phân phối có thể chia thành: - Cấu trúc phát triển: Đó là lưới phân phối cấp điện cho phụ tải đang còn tăng trưởng theo thời gian và trong không gian. Khi thiết kế quy hoạch lưới này sơ đồ của nó được chọn theo tình huống cụ thể và tính đến sự phát triển trong tương lai. - Cấu trúc bão hoà: Đó là lưới phân phối hoặc bộ phận của nó cấp điện cho phụ tải bão hoà, không tăng thêm theo thời gian và không gian. Đối với lưới phân phối bão hoà thường có sơ đồ thiết kế chuẩn, mẫu đã được tính toán tối ưu. Khi lưới phân phối bắt đầu hoạt động, có thể phụ tải của nó chưa bão hoà mà còn tăng trưởng, nhưng khi thiết kế đã tính cho phụ tải cuối cùng của trạng thái bão hoà. Lưới phân phối phát triển luôn có các bộ phận bão hoà. (b) Sơ đồ lưới điện phân phối trung áp trên không Lưới điện phân phối trung áp trên không sử dụng ở mạng điện nông thôn thường không đòi hỏi cao về độ tin cậy, không bị hạn chế về điều kiện an toàn và mỹ quan như lưới phân phối ở khu vực thành phố. Mặt khác, mật độ phụ tải của mạng điện nông thôn không cao, phân tán, đường dây khá dài, do đó sử dụng lưới điện trên không sẽ giúp cho việc dễ dàng nối các dây dẫn, tìm điểm sự cố và khắc phục sự cố không khó khăn như lưới phân phối cáp. 8
Phương pháp nối dây thường áp dụng theo sơ đồ hình tia, các trạm biến áp phân phối được cung cấp từ thanh cái hạ áp của trạm biến áp trung gian thông qua các đường trục chính. Hình 1- 1: Sơ đồ phân phối trên không hình tia Trong sơ đồ hình 1.1: 1: Máy cắt có tự động đóng lại, điều khiển từ xa ;2: Máy cắt nhánh; 3: Dao cách ly - Biện pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện của sơ đồ: + Các đường dây trục chính được phân đoạn bằng các thiết bị phân đoạn như: Máy cắt, máy cắt tự động đóng lại có thể tự động cắt ra khi sự cố và điều khiển từ xa. + Các đường trục chính của một trạm nguồn hoặc của các trạm nguồn khác nhau có thể được nối liên thông để dự phòng khi bị sự cố, khi ngừng điện kế hoạch đường trục hoặc trạm biến áp nguồn. Máy cắt hoặc dao cách ly liên lạc được mở trong khi làm việc để vận hành hở. (c) Sơ đồ phân phối cáp trung áp Lưới phân phối cáp trung áp sử dụng ở mạng điện thành phố đòi hỏi cao về độ tin cậy, mật độ phụ tải lớn, đường dây ngắn, hạn chế vì điều kiện an toàn và mỹ 9
quan đô thị do đó không được phép đi dây trên không mà phải cho xuống đất tạo thành lưới phân phối cáp. Nhược điểm của lưới phân phối cáp là đắt tiền, sơ đồ phức tạp do mật độ phụ tải dày đặc, phân đoạn lưới ngắn, đấu nối cấp nguồn tại nhiều vị trí lưới dẫn đến việc tìm điểm sự cố khó khăn, sửa chữa sự cố lâu và việc đấu nối được hạn chế đến mức tối đa vì xác suất hỏng các chỗ nối là rất cao. * Sơ đồ phân phối mạch vòng kín. Sơ đồ phân phối mạch vòng kín cung cấp điện cho các trạm phân phối có một máy biến áp. Các trạm phân phối được đấu liên thông, mỗi máy biến áp đều có hai dao cách ly ở hai phía và có thể được cấp điện từ hai nguồn khác nhau lấy từ hai phân đoạn thanh cái hạ áp của trạm biến áp trung gian, bình thường các máy biến áp được cấp điện từ một phía. Ưu điểm của vận hành hở làm lưới điện rẻ hơn, độ tin cậy vẫn đảm bảo yêu cầu. Còn vận hành kín có lợi hơn về tổn thất điện năng nhưng đòi hỏi cao hơn về hệ thống, về rơ le và thiết bị đóng cắt muốn đạt độ tin cậy. * Cung cấp bằng hai đường dây song song. Hai đường dây song song cung cấp điện cho các trạm biến áp phân phối. Các đường dây có thể được lấy điện từ hai trạm nguồn khác nhau để tạo thành mạch nguồn. Hình 1- 2: Sơ đồ lưới phân phối mạch vòng kín 10