Luận văn Thạc sĩ Quản lý năng lượng: Nghiên cứu giải pháp nâng cao tự động hóa lưới điện trung thế thành phố Hà Nội

Chia sẻ: Cảnh Phương Thanh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:71

Thêm vào BST

Báo xấu

5
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn "Nghiên cứu giải pháp nâng cao tự động hóa lưới điện trung thế thành phố Hà Nội" nhằm nghiên cứu cơ sở lý thuyết và khảo sát đánh giá hiện trạng hệ thống lưới điện trung thế thành phố Hà Nội, đánh giá sự cần thiết đầu tư để lựa chọn giải pháp ứng dụng thí điểm tự động hóa cho lưới điện trung thế Thành phố Hà Nội. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Quản lý năng lượng: Nghiên cứu giải pháp nâng cao tự động hóa lưới điện trung thế thành phố Hà Nội

BỘ CÔNG THƢƠNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC PHẠM NGỌC HƢNG NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP NÂNG CAO TỰ ĐỘNG HÓA LƢỚI ĐIỆN TRUNG THẾ THÀNH PHỐ HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ QUẢN LÝ NĂNG LƢỢNG HÀ NỘI, 2023
BỘ CÔNG THƢƠNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC PHẠM NGỌC HƢNG NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP NÂNG CAO TỰ ĐỘNG HÓA LƢỚI ĐIỆN TRUNG THẾ THÀNH PHỐ HÀ NỘI Ngành : Quản lý năng lƣợng Mã số : 8510602 LUẬN VĂN THẠC SĨ QUẢN LÝ NĂNG LƢỢNG Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. Lê Thành Doanh HÀ NỘI, 2023
LỜI CẢM ƠN Sau hơn hai năm học tập và nghiên cứu, với sự động viên, giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của thầy giáo hướng dẫn TS. Lê Thành Doanh, bản luận văn đã được hoàn thành. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS. Lê Thành Doanh đã tận tình chỉ dẫn, giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này. Tôi xin cảm ơn tất cả thầy, cô Trường Đại học Điện lực và đặc biệt là thầy, cô ở khoa Quản lý công nghiệp và Năng lượng và phòng Đào tạo Sau đại học đã hướng dẫn và giúp đỡ tôi hoàn thành khoá học. Đặc biệt là sự quan tâm của Ban Giám hiệu Trường Đại học Điện lực đã tạo mọi điều kiện thuận lợi về cơ sở vật chất để tôi và các bạn cùng lớp có điều kiện học tập tốt. Tác giả bày tỏ lòng cảm ơn tới đồng nghiệp, bạn bè và gia đình đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho công việc học tập và nghiên cứu. Tác giả bày tỏ lòng cảm ơn tới các cơ quan ban ngành đã giúp đỡ, cung cấp số liệu, phục vụ cho quá trình nghiên cứu luận văn. Kính chúc các thầy cô, các bạn bè đồng nghiệp và gia đình sức khoẻ, sự thành đạt và hạnh phúc. Tôi xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày … tháng … năm 2023 Tác giả Phạm Ngọc Hƣng
LỜI CAM ĐOAN Tác giả 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 Tác giả cam đoan về các số liệu và kết quả tính toán được trình bày trong luận văn là hoàn toàn do tác giả 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 2023 Tác giả Phạm Ngọc Hƣng
MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. i LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... ii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ......................................................................................v DANH MỤC HÌNH VẼ ............................................................................................ vi DANH MỤC BẢNG ................................................................................................ vii MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TỰ ĐỘNG HÓA LƢỚI ĐIỆN TRUNG THẾ VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CHỈ TIÊU ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN ........4 1.1. Mô hình và nguyên lý làm việc của hệ thống tự động phân phối điện ................4 1.2. Các phƣơng pháp và các thiết bị tự động phân phối ............................................7 1.2.1. So sánh các phƣơng pháp tự động phân phối đƣờng dây nổi trên không .........7 1.2.2. So sánh các phƣơng pháp tự động phân phối lƣới điện ngầm (một vòng, nhiều vòng…)......................................................................................................................10 1.2.3. So sánh các thiết bị đóng cắt cho đƣờng cáp ngầm ........................................11 1.2.4. So sánh giữa các hệ thống thông tin khác nhau ..............................................13 1.2.5. So sánh các hệ thống thông tin (thông tin giữa TCM-TCR) ...........................14 1.2.6. Hệ thống máy tính ...........................................................................................15 1.3. Các thiết bị điện dùng đóng cắt trên lƣới ...........................................................16 1.3.1 Máy cắt tự động................................................................................................16 1.3.2. Thiết bị tự động ...............................................................................................16 1.3.3. Dao phân đoạn tự động ...................................................................................17 1.4. Cơ sở lý thuyết về chỉ tiêu độ tin cậy hệ thống điện ..........................................18 1.4.1. Độ tin cậy cung cấp điện .................................................................................18 1.4.2. Các chỉ tiêu đánh giá của lƣới điện trung thế..................................................18 1.6. Kết luận chƣơng 1 ..............................................................................................29 CHƢƠNG 2 THỰC TRẠNG HỆ THỐNG LƢỚI ĐIỆN TRUNG THẾ THÀNH PHỐ HÀ NỘI VÀ TỰ ĐỘNG HÓA LƢỚI ĐIỆN HIỆN NAY ...............................31 2.1. Tổng quan về Tổng công ty Điện lực thành phố Hà Nội ...............................31 2.1.1. Ngành nghề hoạt động kinh doanh .............................................................31 2.1.2. Cơ cấu tổ chức của Tổng Công ty ..............................................................32 2.2. Đặc điểm lƣới điện trung thế Thành phố Hà Nội...........................................32 2.2.1. Đặc điểm nguồn và lƣới điện ..........................................................................32 2.2.2. Đặc điểm về thị trƣờng khách hàng ................................................................34 iii
2.3. Tình hình tự động hóa lƣới điện trung thế hiện nay ......................................36 2.4. Kết luận chƣơng 2 ..............................................................................................40 CHƢƠNG 3 ĐỀ XUẤT PHƢƠNG ÁN NÂNG CAO TỰ ĐỘNG HOÁ LƢỚI ĐIỆN TRUNG THẾ THÀNH PHỐ HÀ NỘI ...........................................................41 3.1 Giới thiệu dự án tự động hóa lƣới điện trung thế Thành Phố Hà Nội ................41 3.1.1. Vị trí thực hiện dự án đầu tƣ ...........................................................................41 3.1.2. Mục tiêu và quy mô dự án...............................................................................41 3.2 Giải pháp kỹ thuật đề xuất tự động hóa lƣới điện trung thế ...............................47 3.2.1 Vị trí các điểm đặt thiết bị ................................................................................47 3.2.2 Phƣơng án thi công lắp đặt ...............................................................................50 3.2.3 Giải pháp kết nối và điều khiển xa dao cách ly có tải ......................................52 3.2.4 Giải pháp thông tin viễn thông .........................................................................55 3.3. Đánh giá hiệu quả đầu tƣ của phƣơng án đề xuất ..............................................56 3.3.1. Triển khai và dự trù tổng mức đầu tƣ của dự án .............................................56 3.3.2. Hiệu quả của dự án đầu tƣ ...............................................................................58 3.4. Kết luận chƣơng 3 ..............................................................................................58 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................60 TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................62 iv
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT STT Từ viết tắt Nghĩa từ viết tắt 1 LĐPP Lƣới điện phân phối Distribution control system: Hệ thống điều 2 DCS khiển phân tán System Average Interruption Frequency 3 SAIFI Index: Tần suất mất điện trung bình của hệ thống System Average Interruption Duration Index: 4 SAIDI Thời gian mất điện trung bình của hệ thống 5 TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam 6 DAĐT Dự án đầu tƣ Supervisory Control And Data Acquisition: 7 SCADA Hệ thống giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu 8 TBA Trạm biến áp Hệ thống tự động phân phối điện 9 DAS v
DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Hệ thống tự động phân phối [6], [8] ..........................................................7 Hình 1.2: Cấu hình của hệ thống DAS [6] ...............................................................15 Hình 1.3: Máy cắt trung thế [7] ................................................................................16 Hình 1.4: Autorecloser trung thế [7] ........................................................................17 Hình 1.5: Sơ đồ sử dụng TĐL để loại trừ sự cố [9] ..................................................18 Hình 1.6: Sơ đồ lưới điện hình tia không phân đoạn [4]..........................................21 Hình 1.7: Sơ đồ lưới điện hình tia có nhánh rẽ được bảo vệ bằng FCO [4] ...........23 Hình 1.8: Sơ đồ lưới điện hình tia phân đoạn bằng dao cách ly, nhánh rẽ bảo vệ bằng FCO [4] ............................................................................................................24 Hình 1.9: Sơ đồ lưới điện hình tia phân đoạn bằng máy cắt ....................................25 Hình 1.10: Sơ đồ lưới điện kín vận hành hở .............................................................26 Hình 1.11: Đường dây hai nguồn, phân đoạn bằng dao cách ly ..............................28 Hình 2.1: Sơ đồ tổ chức của Tổng Công ty Điện lực thành phố Hà Nội [5] ............32 ...................................................................................................................................34 Hình 2.2: Đồ thị công suất điển hình ngày năm 2020-2021 [5] ...............................34 Hình 2.3: Đồ thị sản lượng ngày cao nhất trong năm 2020-2021 [5] .....................35 Hình 2.4: Số vụ sự cố 110kV trong năm 2020-2021 [5] ...........................................35 Hình 2.5: Số vụ sự cố trung thế trong năm 2020-2021 [5] ......................................35 Hình 2.6: Kết quả thực hiện các biện pháp kĩ thuật [5] ...........................................36 Hình 3.1: Sơ đồ hiện trạng hệ thống điều khiển xa lưới điện trung thế ...................55 Hình 3.2: Sơ đồ bố trí lắp đặt cầu dao phụ tải .........................................................57 vi
DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: So sánh hệ thống tự động đóng lại và hệ thống tự động phân phối (DAS) [4] ................................................................................................................................8 Bảng 1.2: So sánh các hệ thống trung thế ngầm khác nhau [4], [6] ..........................9 Bảng 1.3: So sánh giữa cầu dao phụ tải dập hồ quang bằng khí SF6 (GS) và cầu dao chân không (VS) [3], [7] ....................................................................................11 Bảng 1.4: So sánh các thiết bị đóng cắt 24kV trên đường dây trung thế trên không [3], [7] .......................................................................................................................12 Bảng 1.5: So sánh các thiết bị đóng cắt 24kV cho đường cáp ngầm [4], [7] ..........13 Bảng 1.6: So sánh đường dây thông tin [6] ..............................................................14 Bảng 1.7: So sánh các phương pháp thông tin [8] ...................................................15 Bảng 1.8: Thông số của hệ thống..............................................................................22 Bảng 1.9: Số liệu về khách hàng và tải trung bình ở các nút phụ tải .......................22 Bảng 1.10: Các chỉ tiêu độ tin cậy tại các nút tải của hệ thống hình 1.6 .................22 Bảng 1.11: Các chỉ tiêu độ tin cậy tại các nút tải của hệ thống hình 1.7 .................23 Bảng 1.12: Các chỉ tiêu độ tin cậy tại các nút tải của hệ thống hình 3.7 .................24 Bảng 1.13: Các chỉ tiêu độ tin cậy tại các nút tải của hệ thống hình 1.9 ..................25 Bảng 1.14: Các chỉ tiêu độ tin cậy tại các nút tải của hệ thống hình 1.8 trong trường hợp không hạn chế công suất chuyển tải ......................................................27 Bảng 1.15: Các chỉ tiêu độ tin cậy tại các nút tải của hệ thống hình 1.10 trong trường hợp hạn chế công suất chuyển tải .................................................................28 Bảng 1.16: Tổng hợp các chỉ tiêu độ tin cậy của các hệ thống từ hình 1.6 đến hình 1.10 ............................................................................................................................29 ...................................................................................................................................34 Bảng 3.1 Vị trí lắp đặt tại công ty Điện lực Thanh trì ..............................................47 Bảng 3.2 Vị trí lắp đặt tại công ty Điện lực Chương Mỹ ..........................................48 Bảng 3.3 Vị trí lắp đặt tại công ty Điện lực Mỹ Đức ................................................48 Bảng 3.4 Vị trí lắp đặt tại công ty Điện lực Quốc Oai .............................................49 Bảng 3.5: Bảng dự kiến khối lượng thiết bị vật tư chính ..........................................57 Bảng 3.6: Bảng kinh phí thực hiện dự án .................................................................57 vii
MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Ngày nay, lƣới điện trung thế (còn gọi là lƣới điện phân phối) của Việt Nam đang phải đối mặt với nhiều thách thức chẳng hạn nhƣ: sự tăng lên quá nhanh của nhu cầu phụ tải do sự phát triển nhanh về kinh tế, sự cạn kiệt về tài nguyên thiên nhiên, nhiên liệu hóa thạch, thủy điện. Các áp lực về việc gìn giữ môi trƣờng cũng làm cho việc xây dựng thêm các nhà máy điện gặp nhiều khó khăn. Dẫn đến là chúng ta đang thiếu nguồn điện; Các lƣới điện trung thế phức tạp, nhiều nút, nhiều nhánh, có nhiều cấp điện áp khác nhau, một số thiết bị đã xuống cấp. Bên cạnh đó, lƣới điện gặp nhiều các sự cố, với các nguyên nhân từ tự nhiên, sự hƣ hỏng, già hoá thiết thiết bị và cả các sai sót của con ngƣời trong vận hành. Chính vì vậy mà lƣới điện trung thế ngày càng trở lên phức tạp trong quản lý, vận hành, đặc biệt là có thể dẫn đến các sự cố mất điện trong thời gian dài, gây ra những tổn thất về kinh tế. Lƣới điện trung thế là khâu cuối trong hệ thống điện, là bộ phận quan trọng để đƣa điện năng tới các phụ tải sử dụng điện. Có thể thấy rằng phân phối điện là một yếu tố quan trọng quyết định đến chất lƣợng điện và độ tin cậy của hệ thống cung cấp điện đối với khách hàng sử dụng điện. Thời tiết ở Hà Nội chia làm 04 mùa, chịu nhiều diễn biến thay đổi khí hậu phức tạp. Trong mùa hè lúc nắng nóng (>40 độ C), mùa đông, nhiệt độ xuống rất thấp, có lúc xuống dƣới 6 độ C, dẫn đến diễn biến phụ tải khá phức tạp. Pmax/Pmin chênh lệch lớn. (Năm 2017 Pmax/Pmin = 3900/668 tƣơng đƣơng 5,8 lần). Giao thông Hà Nội rất nhiều điểm ùn tắc, đặc biệt vào giờ cao điểm, dẫn đến việc các đơn vị quản lý vận hành đi kiểm tra, thao tác trực tiếp trên thiết bị điện là rất khó khăn. Với tốc độ đô thị hóa nhanh, các nhƣợc điểm kể trên chƣa thể xử lý đƣợc ảnh hƣởng rất lớn đến công tác Điều độ, vận hành lƣới điện để đảm bảo cung cấp điện cho phụ tải thành phố Hà Nội. Để phù hợp xu thế của cuộc cách mạng 4.0 và đồng thời ngày càng nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho khách hàng, việc ứng dụng các giải pháp tự động hóa cho lƣới điện trung thế là điều tất yếu. Hệ thống tự động hóa lƣới điện phân phối (Distribution Automation System - DAS) với những tính năng hữu ích nhƣ: nhanh chóng phát hiện, cô lập sự cố và khôi phục cung cấp điện nhằm giảm thiểu tối đa ảnh hƣởng của sự 1
cố; đồng thời cung cấp công cụ giám sát thời gian thực và điều khiển từ xa... là một trong những thành phần quan trọng trong mô hình lƣới điện thông minh. Trong phạm vi khóa học thạc sĩ của mình, với nguyện vọng và lĩnh vực công tác tại Tổng Công ty Điện lực Hà Nội, tác giả lựa chọn đề tài “Nghiên cứu giải pháp nâng cao tự động hóa lưới điện trung thế thành phố Hà Nội” làm đề tài luận văn tốt nghiệp của mình. 2. Mục đích nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu đặt ra là nghiên cứu cơ sở lý thuyết và khảo sát đánh giá hiện trạng hệ thống lƣới điện trung thế thành phố Hà Nội, đánh giá sự cần thiết đầu tƣ để lựa chọn giải pháp ứng dụng thí điểm tự động hóa cho lƣới điện trung thế Thành phố Hà Nội. 3. Nhiệm vụ nghiên cứu Để đạt đƣợc mục tiêu đặt ra, đề tài dự kiến triển khai thực hiện các nội dung sau: Tổng quan về cơ sở pháp lý về xây dựng lƣới điện thông minh, việc ứng dụng tự động hóa trên lƣới điện, đánh giá hiện trạng lƣới điện trung thế thành phố Hà Nội. Cập nhật dữ liệu hiện trạng lƣới điện trung thế, phân tích ƣu nhƣợc điểm của lƣới điện phục vụ công tác nghiên cứu đề xuất giải pháp đƣa vào ứng dụng tự động hóa lƣới điện. Đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả đầu tƣ dự án và tính toán phân tích hiệu quả áp dụng các giải pháp đề xuất cho dự án. 4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Lƣới điện trung thế thành phố Hà Nội Phạm vi nghiên cứu: Tự động hóa lƣới điện trung thế thành phố Hà Nội Thời gian nghiên cứu: Từ năm 2019 – 2021 5. Phƣơng pháp nghiên cứu Phƣơng pháp thu thập, cập nhật, phân tích tổng hợp dữ liệu của dự án; Đánh giá các yếu tố ảnh hƣởng đến hiệu quả đầu tƣ dự án; Phƣơng pháp kết hợp nghiên cứu lý thuyết và thực tiễn lựa chọn quy mô, thông số trong việc bố trí thiết bị tự động hóa lƣới điện trung thế Căn cứ quy hoạch lƣới điện tƣơng lai, tính toán hiệu quả phƣơng án áp dụng, đề xuất mô hình áp dụng có tính khả thi và hiệu quả trong quá trình thực hiện dự án. 2
6. Nội dung luận văn Luận văn bao gồm: Phần mở đầu, kết luận, danh mục tài liệu tham khảo và nội dung của đề tài có 03 chƣơng nhƣ sau: Chƣơng 1: Tổng quan về tự động hóa lƣới điện phân phối và cơ sở lý thuyết về chỉ tiêu độ tin cậy hệ thống điện Chƣơng 2: Thực trạng hệ thống lƣới điện trung thế thành phố Hà Nội và tự động hóa lƣới điện hiện nay Chƣơng 3: Đề xuất giải pháp nâng cao tự động hóa lƣới điện trung thế Thành phố Hà Nội và đánh giá hiệu quả đầu tƣ dự án 3
CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TỰ ĐỘNG HÓA LƢỚI ĐIỆN TRUNG THẾ VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CHỈ TIÊU ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN Hệ thống tự động phân phối điện (DAS) với những tính năng hữu ích nhƣ nhanh chóng phát hiện, cô lập sự cố và khôi phục cung cấp điện nhằm giảm thiểu tối đa ảnh hƣởng của sự cố; cung cấp công cụ giám sát thời gian thực và điều khiển từ xa… là một thành phần quan trọng trong mô hình lƣới điện thông minh mà các công ty điện lực đang xây dựng. Chƣơng 1 sẽ giới thiệu mô hình, nguyên lý làm việc và một số thiết bị tự động hóa điển hình đang đƣợc ứng dụng hiện nay vào hệ thống tự động hóa lƣới điện trung thế. 1.1. Mô hình và nguyên lý làm việc của hệ thống tự động phân phối điện Lƣới điện trung thế của Mỹ, Canada và các nƣớc khác trên thế giới (Brazil, Mexico, Australia, Nam Phi, Hàn Quốc, Nhật Bản…) có những khác biệt quan trọng khi so sánh với lƣới điện trung thế của châu Âu. Tuy vậy, vẫn có một số nƣớc châu Âu có lƣới điện trung thế theo kiểu Mỹ (Estonia, Latvia). Lƣới điện trung thế trên không kiểu Mỹ bao gồm những trạm trung thế với các thiết bị ngoài trời và đƣờng dây trung thế dài (có những trƣờng hợp đƣờng dây này có thể dài hơn 150 dặm). Hậu quả là tổn thất trên đƣờng dây và sụt áp trở thành những vấn đề quan trọng. Số lƣợng khách hàng đƣợc cung cấp điện đối với đƣờng dây này là rất cao. Chính điều này dẫn đến việc khách hàng bị ảnh hƣởng trong trƣờng hợp đƣờng dây bị mất điện cũng rất lớn. Đây cũng là nguyên nhân dẫn đến việc giảm doanh thu cho các công ty điện lực và giảm sự hài lòng của khách hàng. Để giải quyết những vấn đề trên thì các đƣờng dây trung thế này đƣợc phân đoạn bởi các Reclosers và thiết bị phân đoạn. Một số các thiết bị khác nhƣ bộ điều chỉnh điện áp, bù công suất phản kháng, chỉ thị sự cố… đƣợc sử dụng cho việc tối ƣu hóa vận hành và nhận diện cũng nhƣ xác định vị trí sự cố. Trong một thời gian dài, các thiết bị trung thế đƣợc đề cập ở trên đƣợc vận hành tại chỗ. Tuy nhiên, ngày nay với sự ra đời của các thiết bị điện tử thông minh (IEDs) và hạ tầng truyền tin, hệ thống tự động hóa lƣới phân phối (DAS) đƣợc sử dụng cho việc phát hiện nhanh sự cố, cô lập, tái cấu trúc lƣới điện đã trở thành một thành phần chính của Lƣới điện thông minh (Smart Grid). Với sự thành công của hệ thống tự động hóa lƣới trung thế, các công ty điện lực có thêm cơ hội để thiết lập nên mô hình kinh doanh mới để tăng sự 4
thỏa mãn của khách hàng, ví dụ nhƣ nâng cao mức độ sẵn sàng và độ tin cậy cung cấp điện trong thời đại công nghiệp. Nói một cách khác, cấu trúc lƣới điện trung thế với đƣờng dây trung thế dài có thể còn gây nên những vấn đề nghiêm trọng khác, thậm chí ngay cả khi điện vẫn sẵn sàng. Vào mùa hè, khi mà tất cả các khách hàng bật điều hòa, tải của đƣờng dây trung thế tăng cao, dẫn đến quá nhiệt do quá tải một số thiết bị. Đây là nguyên nhân quan trọng gây nên các vấn đề về ổn định điện áp và chất lƣợng điện năng. Việc tích hợp điện kế điện tử có khả năng cắt tải là một giải pháp quan trọng để dịch chuyển tải đỉnh. Hệ thống điện trung thế của châu Âu dựa trên một quan điểm khác khi so sánh với lƣới điện trung thế kiểu Mỹ. Xƣơng sống của cấu trúc này là hệ thống mạng lƣới các trạm 110kV bao phủ hầu hết các khu vực cung cấp tải, cùng với nó là một số lƣợng rất lớn các trạm điện trung thế. Kết quả là các đƣờng dây trung thế ngắn lại (khoảng từ 5 đến 20 km) và số lƣợng khách hàng đƣợc cung cấp điện từ một tuyến dây trung thế là thấp (dƣới 1.000 khách hàng). Thêm vào đó, việc liên kết tải đƣợc thực hiện cùng với công tác quy hoạch tốt, đo đếm, điều này dẫn đến việc mức độ cân bằng tải rất cao cho các trạm biến áp trung thế. Ở châu Âu, các trạm trung thế đƣợc tích hợp và tự động hóa sử dụng các bộ vi xử lý trên nền tảng hệ thống rơle bảo vệ, điều khiển ngăn lộ, RTU… cho phép điều khiển từ xa và giảm thời gian mất điện. Tuy nhiên, đối với các xuất tuyến trung thế ngắn thì không đƣợc phân đoạn và các trạm hạ thế đƣợc vận hành bằng tay. Cũng vì lý do cấu trúc hiện hữu hiện đại của châu Âu trong thời điểm hiện tại nên các công ty điện lực không khuyến khích sử dụng hệ thống tự động hóa lƣới phân phối (DAS). Trong trƣờng hợp mất điện của tuyến dây trung thế thì số lƣợng khách hàng bị ảnh hƣởng thấp cũng nhƣ ảnh hƣởng đến doanh thu của công ty điện lực cũng không nhiều. Tuy nhiên, việc gia tăng tích hợp các nguồn năng lƣợng phân tán, ví dụ nhƣ hệ thống pin năng lƣợng mặt trời ở cấp hạ áp, các máy phát điện gió ở cấp trung áp gây nên các vấn đề về chất lƣợng điện áp. Với việc tích hợp các “máy phát” này thì hệ thống trung thế không còn là hệ thống hình tia, và không còn dễ dàng để có thể bảo vệ bởi hệ thống rơle quá dòng vô hƣớng. Trong tƣơng lai thì việc áp dụng hệ thống rơle so lệch sẽ đƣợc thực hiện để đáp ứng đƣợc các yêu cầu khi tích hợp các nguồn năng lƣợng phân tán. 5
Đối với hệ thống tự động hóa lƣới trung thế, việc giám sát và điều khiển từ xa các trạm trung thế thứ cấp là vấn đề chủ chốt. Chính vì thế, việc trao đổi thông tin giữa các thành phần và hệ thống DMS dựa trên các giao thức phổ biến và đƣợc bảo mật. Quan điểm của truyền tin là phải linh động bởi các công nghệ và môi trƣờng tuyền tin khác nhau để phù hợp với các điều kiện địa lý và hạ tầng. Xét về khía cạnh lịch sử, hệ thống tự động lƣới trung thế lần đầu tiên đƣợc phát triển bởi Nhật Bản vào thập niên 70, 80 của thế kỷ 20. Sau khi hệ thống DAS đầu tiên đƣợc áp dụng thành công thì hầu hết các công ty điện lực của Nhật Bản nhân rộng và phát triển gần từ hơn 20 năm trở lại đây. Trung Quốc, Đài Loan và Hàn Quốc cũng giới thiệu mô hình dựa trên kỹ thuật trên của Nhật Bản. Theo kinh nghiệm của Nhật Bản, dự án lắp đặt hệ thống tự động hóa lƣới phân phối đƣợc phát triển qua 3 giai đoạn nhƣ sau: - Giai đoạn 1 Lắp đặt các cầu dao tự động và các rơle phát hiện sự cố cho các đƣờng dây trung thế. Lắp đặt các thiết bị chỉ thị phần bị sự cố ở các trạm 110kV. Trong giai đoạn 1, vùng bị sự cố đƣợc tự động cách ly bằng các thiết bị trên đƣờng dây trung thế, không có các thiết bị giám sát quản lý tại trung tâm điều độ. - Giai đoạn 2 Lắp bổ sung các thiết bị đầu cuối và đƣờng dây thông tin để tiếp nhận thông tin tại các vị trí lắp cầu dao tự động ở các đƣờng dây trung thế. Tại trung tâm điều độ lắp các bộ điều khiển từ xa, và hệ thống máy tính để hiển thị lƣới trung thế dƣới dạng đơn giản. Dựa trên các thông tin thu đƣợc từ xa, nhân viên vận hành tại trung tâm điều độ sẽ điều khiển đóng cắt các cầu dao tự động để cách ly phần bị sự cố trên máy tính. - Giai đoạn 3 Giai đoạn 3 là giai đoạn nâng cấp các chức năng của Giai đoạn 2. Tại trung tâm điều độ lắp đặt các máy tính có cấu hình mạnh để quản lý vận hành lƣới trung thế hiển thị theo bản đồ địa lý và điều chỉnh tính toán tự động thao tác. Các giai đoạn này và mối quan hệ giữa chúng đƣợc thể hiện trên hình 1-1. 6
Lƣợc đồ mô hình hệ thống trung thế sử dụng dây trên không. Hình 1.1: Hệ thống tự động phân phối [6], [8] Chú thích trong hình vẽ: CPU Bộ xử lý trung tâm LP Máy in kết dây HC Sao lƣu ổ cứng G-CRT CRT đồ họa FCB Máy cắt đƣờng dây SW Cầu dao FDR Rơ-le phát hiện sự cố SPS Cầu dao nguồn cấp RTU Thiết bị đầu cuối TCM Máy chủ điều khiển từ xa CD Bàn điều khiển CRT Màn hình điện tử 1.2. Các phƣơng pháp và các thiết bị tự động phân phối 1.2.1. So sánh các phương pháp tự động phân phối đường dây nổi trên không 7
Việc so sánh hệ thống tự đóng lại và DAS cho tự động phân phối hệ thống trên đây không đƣợc mô tả trong bảng 1-1. Cấu hình hệ thống đƣợc nêu trong bảng, và vì phƣơng pháp tự đóng lại này chỉ có thể áp dụng cho hệ thống hình tia nên nó chủ yếu áp dụng cho các hệ thống trung thế ở nông thôn tại Mỹ và châu Âu. Trong khi đó ở Mỹ tại các khu vực tải cao đông dân nhƣ New York, hệ thống mạng phân bổ (SNW) hoặc mạng thông thƣờng (RNW) đƣợc chấp nhận. Tại Nhật cũng vậy, phƣơng pháp tự đóng lại đƣợc áp dụng khoảng 30 năm trƣớc, nhƣng đến nay đã đƣợc thay thế bằng DAS. Sự khác biệt cơ bản trong ứng dụng giữa hệ thống tự đóng lại DAS là trong hệ thống tự đóng lại do có giới hạn đối với chỉnh định rơ-le nên rất khó chỉnh định phối hợp bảo vệ quá dòng khi số lƣợng các thiết bị đóng lại tăng lên (Điều này có thể khắc phục khi tăng cao độ nhạy của các rơ le đi kèm recloser). Hơn nữa, thời gian chỉnh định trở nên dài đối với hệ thống tự đóng lại. Do đó, các dòng sự cố chạy trên đƣờng dây trung thế và các thiết bị. Khi sự cố xảy ra ở phía phụ tải, việc mất điện sẽ kéo dài cho đến khi sự cố đƣợc loại trừ. Với DAS độ tin cậy có cao hơn nhờ các cầu dao tự động (PVS) gắn trên đƣờng dây trung thế, và do đó giảm thời gian mất điện và giới hạn phạm vi sự cố. Trong trƣờng hợp dùng DAS, ngay sau khi cách ly phần bị sự cố bằng PVS, việc phân phối điện có thể đƣợc tiếp tục từ xuất tuyến tại điểm nối vòng. Tuy nhiên, DAS cũng có nhƣợc điểm là tần suất đóng cắt của các máy cắt trên đƣờng dây là tƣơng đối nhiều. Bảng 1.1: So sánh hệ thống tự động đóng lại và hệ thống tự động phân phối (DAS) [4] 8
Bảng 1.2: So sánh các hệ thống trung thế ngầm khác nhau [4], [6] 9
1.2.2. So sánh các phương pháp tự động phân phối lưới điện ngầm (một vòng, nhiều vòng…) Các phƣơng pháp tự động phân phối cho các hệ thống ngầm đƣợc mô tả trong Bảng 1.2. Bảng này mô tả việc so sánh 5 phƣơng pháp, đó là hệ thống một mạch vòng, hệ thống nhiều mạch vòng, hệ thống lƣới thông thƣờng, hệ thống lƣới phân bổ và hệ thống dự phòng. Các hệ thống mạch vòng chủ yếu đƣợc sử dụng ở châu Âu và Nhật, còn hệ thống lƣới thông thƣờng và hệ thống lƣới phân bổ đƣợc chấp nhận ở Mỹ và Nhật. Trong hệ thống mạch vòng và dự phòng, hệ số phụ tải (tải đỉnh/tải định mức %) chỉ thấp ở mức 50%. Con số này là 70-80% trong hệ thống nhiều mạch vòng và 80% trong các hệ thống lƣới thông thƣờng và hệ thống lƣới phân bổ. Về mặt linh hoạt trong kết nối phụ tải, hệ thống mạch vòng và hệ thống có dự phòng là hệ thống thƣờng xuyên đƣợc ứng dụng. Trong khi đó, với hệ thống lƣới thông thƣờng và lƣới phân bổ có độ tin cậy cao, hệ thống phụ tải luôn đƣợc liên kết với nhau. Hệ thống một mạch vòng có độ tin cậy thấp nhất: việc cấp điện trên toàn lƣới bị gián đoạn cho đến khi loại trừ đƣợc sự cố, và việc loại trừ sự cố đòi hỏi thời gian. Trong hệ thống nhiều mạch vòng, việc mất điện kéo dài cho đến khi phần mất điện đƣợc xác định, tuy nhiên một khi đã xác định đƣợc vấn đề thì có thể cấp điện từ xuất tuyến khác qua điểm nối vòng. Trong hệ thống dự phòng, mất điện xảy ra trong khoảng 1-2s trong lúc đƣờng dây cấp điện đang đƣợc chuyển đổi. Hệ thống lƣới thông thƣờng và lƣới phân bổ có độ tin cậy cao nhất do việc mất điện trên nguyên tắc là không xảy ra ngay cả khi có sự cố trên đƣờng dây trung thế 22kV. Chi phí hệ thống tỷ lệ thuận với độ tin cậy, do đó các hệ thống mạch vòng là rẻ nhất và các hệ thống lƣới thông thƣờng và hệ thống lƣới phân bổ là đắt nhất còn hệ thống dự phòng là ở chi phí mức trung bình. Xem xét các hệ thống này dƣới góc độ phạm vi áp dụng, các hệ thống mạch vòng (cả một vòng và nhiều vòng) đƣợc sử dụng trong các khu vực phân phối ngầm. Hệ thống dự phòng đƣợc sử dụng cho các khu vực phụ tải quan trọng nhƣ cơ quan chính phủ, bệnh viện v.v… hệ thống lƣới thông thƣờng và lƣới phân bổ đƣợc sử dụng cho các khu vực phụ tải quan trọng với mật độ dân cƣ cao: ví dụ nhƣ các khu vực đô thị đông đúc nhƣ New York ở Mỹ và quận Ginza ở Tokyo, v.v… Tại Tổng Công ty Điện lực Hà Nội, hệ thống cáp ngầm trung thế đã và đang đƣợc tiếp tục nâng cấp cải tạo theo nhiều dự án khác nhau. Cho đến nay, phần lớn lƣới trung thế ngầm đều thực hiện nối vòng liên thông giữa các lộ với 10
nhau. Kiểu nối vòng chủ yếu là nối 2 lộ với nhau; một số nhỏ nối vòng nhiều lộ với nhau. Xu hƣớng đến năm 2018, số điểm nối mạch vòng trên mỗi lộ cáp ngầm sẽ tăng lên 2 điểm (Ln=2). Việc áp dụng DAS sẽ chủ yếu đƣợc áp dụng trên mô hình kết nối này. Bảng 1.3: So sánh giữa cầu dao phụ tải dập hồ quang bằng khí SF6 (GS) và cầu dao chân không (VS) [3], [7] Hiện tại, các tủ RMU trong các trạm xây trong nhà của lƣới trung thế ngầm của Các công ty thuộc Tổng Công ty Điện lực Hà Nội chủ yếu là loại cách điện SF6 và đều mới áp dụng các năm gần đây. Các tủ sử dụng cầu dao chân không chiếm số lƣợng rất ít. Cho nên, dù các thiết bị sử dung tiếp điểm đóng cắt trong chân không có nhiều đặc tính kỹ thuật ƣu việt hơn nhiều nhƣng việc thay thế các thiết bị đóng cắt trong môi trƣờng SF6 cũng cần phải cân nhắc nhiều về mặt kinh tế. 1.2.3. So sánh các thiết bị đóng cắt cho đường cáp ngầm So sánh các cầu dao cho đƣờng dây trung thế ngầm đƣợc nêu trong Bảng 1.5. Hiện tại ở Việt Nam, DS và LBS không khí đang đƣợc sử dụng. Tuy vậy, khi tính đến việc các hệ thống phân phối ngầm sẽ trở nên quan trọng hơn nhiều ở Việt Nam trong tƣơng lai, sẽ nảy sinh các vấn đề với các DS và RMU thao tác bằng tay vì cần nhiều thời gian để phát hiện sự cố và thời gian mất điện là dài. Dẫn đến 2 hƣớng cải tại: - Trang bị hệ thống điều khiển động cơ cho các thiết bị đóng cắt hiện có. - Cần phải áp dụng các tủ RMS tự động mới thích hợp cho việc rút ngắn thời gian mất điện và cách ly phần bị sự cố. 11