Nghiên cứu tự động hóa lưới điện phân phối để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 2(25).2008<br /> <br /> <br /> NGHIÊN CỨU TỰ ĐỘNG HOÁ LƯỚI ĐIỆN<br /> PHÂN PHỐI ĐỂ NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY<br /> CUNG CẤP ĐIỆN<br /> STUDY ON AUTOMATIC DISTRIBUTION NETWORK FOR<br /> IMPROVEMENT OF POWER RELIABILITY<br /> <br /> HOÀNG DŨNG<br /> Đại học Đà Nẵng<br /> VÕ KHẮC HOÀNG<br /> Công ty Điện lực 3<br /> <br /> TÓM TẮT<br /> Hiện nay, việc nâng cao độ tin cậy của lưới điện phân phối là một yêu cầu cấp<br /> thiết nhằm phục vụ cho việc phát triển kinh tế - xã hội.<br /> Có nhiều phương pháp nâng cao độ tin cậy của lưới điện phân phối, trong khuôn<br /> khổ bài báo này trình bày việc nghiên cứu ứng dụng các nguyên tắc phối hợp<br /> giữa các thiết bị tự đóng lại (recloser) và dao cắt có tải (LBS) [1] phân đoạn trên<br /> lưới phân phối nhằm nhanh chóng cô lập điểm sự cố, giảm thời gian tìm điểm sự<br /> cố, nhanh chóng cung cấp điện lại cho các phân đoạn không bị sự cố trong thời<br /> gian nhanh nhất, tăng độ tin cậy cung cấp điện.<br /> ABSTRACT<br /> Nowadays, improvement of power supply reliability for distribution network is<br /> therefore one of the urgent requirements aiming at eco-social development.<br /> There are methods for improving of power supply reliability for distribution<br /> network, This article studies the coordinated operation between sectionalizing<br /> reclosers and load break switch on distribution network for speedy fault isolation<br /> and fault location, re-energizing unfaulted sections in the shortest duration and<br /> enhancing power supply reliability.<br /> <br /> <br /> 1. Đặt vấn đề:<br /> Hiện nay trên lưới điện phân phối, việc phân đoạn tìm điểm sự cố còn thực<br /> hiện thủ công. Khi có sự cố trên đường dây máy cắt đầu nguồn cắt, nhân viên quản<br /> lý vận hành bắt đầu đi cắt các thiết bị phân đoạn từ xa đến gần để xác định và cách<br /> ly phân đoạn bị sự cố. Đối với lưới mạch vòng, sau khi cách ly phân đoạn bị sự cố<br /> mới tiến hành xem xét đóng các thiết bị phân đoạn để cung cấp điện cho các phân<br /> đoạn không bị sự cố.<br /> Thời gian để xử lý cách ly sự cố theo quy trình này thường phụ thuộc rất<br /> nhiều vào trình độ xử lý sự cố của điều độ viên cũng như thời gian triển khai lực<br /> lượng đi thao tác tại các thiết bị phân đoạn, khoảng cách và địa hình giữa điểm<br /> trực thao tác và các thiết bị cần phân vùng sự cố.<br /> Việc phối phối hợp tự động các thiết bị phân đoạn trên lưới nhằm nhanh<br /> chóng cách ly phân đoạn bị sự cố và tự động cấp điện trở lại cho các phân đoạn<br /> không bị sự cố chưa được quan tâm đúng mức.<br /> <br /> <br /> 30<br />  TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 2(25).2008<br /> <br /> <br /> Trong bài báo này trình bày việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ tự động<br /> hóa lưới điện phân phối nhằm mục đích thay thế cách xử lý truyền thống nêu trên,<br /> nhằm giảm thời gian mất điện khách hàng, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện.<br /> 2. Phối hợp làm việc giữa các thiết bị tự đóng lại (recloser) và dao cắt có tải<br /> (LBS):<br /> Giai đoạn 1: Chưa có hệ thống SCADA<br /> Áp dụng các nguyên tắc phối hợp các recloser để tự động cô lập phân đoạn<br /> bị sự cố và tái lập trạng thái lưới điện sau sự cố nêu tại [2], và nguyên tắc phối hợp<br /> đếm dòng xung đóng cắt giữa recloser và dao cắt có tải cho lưới điện phân phối<br /> gồm 2 nguồn cung cấp từ các trạm biến áp 1, 2 như hình 1. Trình tự phối hợp giữa<br /> các recloser và dao cắt có tải tự động cô lập phân đoạn sự cố và tái cấu trúc lại lưới<br /> điện sau sự cố cụ thể như sau:<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 1. Sơ đồ phối hợp phân đoạn sự cố giữa recloser và dao cắt có tải<br /> • Lưới điện đang làm việc bình thường, các recloser và dao cắt có tải phân<br /> đoạn trên tuyến ở trạng thái đóng, trừ recloser liên lạc TR ở trạng thái cắt.<br /> • Khi có sự cố giữa dao cắt có tải S1 và S2. Đầu tiên recloser FR cắt, các dao<br /> cắt có tải S1, S2, S3 đếm một xung đóng cắt.<br /> • Recloser FR đóng lại lần 1, nếu thành công hệ thống khôi phục tình trạng<br /> cấp điện như ban đầu.<br /> • Nếu không thành công, recloser FR cắt ra lần 2, các dao cắt có tải S1, S2,<br /> S3 đếm hai xung đóng cắt. Dao cắt có tải S3 mở ra sau khi đếm 2 xung<br /> đóng cắt.<br /> • Recloser FR đóng lại lần 2, nếu thành công chứng tỏ sự cố sau S3, giữa dao<br /> cắt có tải S3 và recloser MR. TBA 1 tiếp tục cấp điện cho các phân đoạn<br /> không bị sự cố.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 31<br />  TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 2(25).2008<br /> <br /> <br /> • Nếu không thành công, recloser FR cắt ra lần 3, các dao cắt có tải S1, S2<br /> đếm ba xung đóng cắt. Dao cắt có tải S2 mở ra sau khi đếm 3 xung đóng<br /> cắt.<br /> • Recloser FR đóng lại lần 3, nếu thành công chứng tỏ sự cố sau S2, giữa dao<br /> cắt có tải S2 và S3. TBA 1 tiếp tục cấp điện cho các phân đoạn không bị sự<br /> cố.<br /> • Nếu không thành công, recloser FR cắt ra lần 4, dao cắt có tải S1 đếm bốn<br /> xung đóng cắt và dao cắt có tải S1 mở ra sau khi đếm 4 xung đóng cắt.<br /> • Recloser FR đóng lại lần 4, nếu thành công chứng tỏ sự cố sau S1, giữa dao<br /> cắt có tải S1 và S2. TBA 1 tiếp tục cấp điện cho các phân đoạn không bị sự<br /> cố.<br /> • Recloser MR và TR chuyển nhóm bảo vệ để nhận điện từ TBA 2, sau đó<br /> recloser TR đóng lại một lần cấp điện cho các phân đoạn không bị sự cố.<br /> TBA 2 cấp điện đến đầu dao cắt có tải S3.<br /> • Nhân viên vận hành sẽ đóng lại dao cắt có tải S3 cấp điện cho phân đoạn<br /> S2 – S3 không bị sự cố.<br /> • Sau khi khắc phục xong sự cố, đóng lại dao cắt có tải S1 và S2, recloser TR<br /> sẽ cắt khi nhận thấy công suất qua nó giảm (khoảng 50%) hoặc hướng công<br /> suất qua nó ngược chiều. Recloser MR sẽ khôi phục lại nhóm bảo vệ ban<br /> đầu, hệ thống tái lập lại trạng thái làm việc bình thường của lưới điện.<br /> Nhận xét:<br /> − Khi sử dụng các dao cắt có tải tự động làm thiết bị phân đoạn phối hợp với<br /> các máy cắt hoặc recloser; khi sự cố trên phân đoạn nào, các thiết bị phân<br /> đoạn sẽ tự động đóng/cắt theo một chu trình định sẵn để cô lập phân đoạn<br /> bị sự cố.<br /> − Do máy cắt, recloser thường chỉ được thiết kế đóng lập lại tối đa 4 lần, do<br /> đó giữa 2 máy cắt, recloser chỉ nên lắp đặt tối đa 3 dao cắt có tải tự động<br /> được phối hợp làm việc theo nguyên tắc trên.<br /> − Khi bị mất điện, các hộ sử dụng điện báo cho đơn vị quản lý vận hành. Căn<br /> cứ vào khu vực mất điện do sự cố, đơn vị quản lý vận hành sẽ cử nhân viên<br /> đến kiểm tra, sửa chữa nhanh chóng khôi phục lại phương thức cấp điện<br /> bình thường của hệ thống.<br /> − Đối với lưới mạch vòng hoặc các phân đoạn được cấp điện từ nhiều nguồn,<br /> các phân đoạn không bị sự cố sau recloser sẽ được cấp điện từ các phân<br /> đoạn khác theo nguyên tắc phối hợp giữa các recloser phân đoạn.<br /> − Các phân đoạn nhỏ giữa 2 recloser phân đoạn bị sự cố, nhân viên sửa chữa<br /> của đơn vị quản lý vận hành căn cứ vào số lần đóng lại của recloser xác<br /> định chính xác phân đoạn bị sự cố và cô lập phân đoạn này, đề xuất phương<br /> thức cấp điện cho các phân đoạn không bị sự cố trong thời gian sớm nhất,<br /> trong khi chưa khắc phục được điểm sự cố. Như ví dụ trên đóng lại dao cắt<br /> <br /> <br /> <br /> 32<br />  TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 2(25).2008<br /> <br /> <br /> có tải S3 để cấp điện lại cho phân đoạn S2-S3 trước khi khắc phục sự cố<br /> giữa phân đoạn S1-S2.<br /> − Khi sự cố gần máy cắt hoặc các recloser phân đoạn, máy cắt hoặc recloser<br /> phải đóng lập lại đến 4 lần mới cô lập được điểm sự cố, thời gian cô lập<br /> vùng bị sự cố lâu. Máy cắt hoặc recloser làm việc nặng nề (đóng lập lại<br /> nhiều lần), giá thành của máy cắt và recloser phụ thuộc vào số lần đóng cắt<br /> dòng ngắn mạch do đó có giá thành cao.<br /> Giai đoạn 2: Khi có hệ thống SCADA<br /> Xét hệ thống điện sử dụng recloser phối hợp với các dao cắt có tải phân<br /> đoạn tự động và có hệ thống giám sát và thu thập số liệu SCADA như hình 2.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 2. Hệ thống điện sử dụng recloser phối hợp với LBS phân đoạn tự động<br /> và có hệ thống SCADA.<br /> Lúc đó trạng thái của các thiết bị phân đoạn (recloser, LBS), tình trạng vận<br /> hành của hệ thống điện được thể hiện rõ tại phòng điều hành của trung tâm điều<br /> hành hệ thống điện.<br /> Nhân viên điều hành lưới điện căn cứ vào tình trạng thiết bị điện trên hệ<br /> thống, tình trạng vận hành lưới điện để đưa ra phương thức vận hành lưới điện tối<br /> ưu về mặt kinh tế kỹ thuật.<br /> Ví dụ như có sự cố trên phân đoạn giữa LBS 1 và LBS 2 như hình 3, khi đó<br /> recloser và các LBS sẽ tự động phối hợp làm việc theo nguyên tắc đã trình bày ở<br /> trên nhằm cô lập phân đoạn bị sự cố, đồng thời báo tình trạng của các thiết bị đóng<br /> cắt, số lần đóng lập lại các recloser về trung tâm điều khiển qua hệ thống SCADA.<br /> Nhân viên điều hành lưới điện căn cứ vào các số liệu trên màn hình<br /> SCADA như tình trạng thiết bị điện trên hệ thống, số lần đóng cắt các recloser,<br /> phán đoán phân đoạn bị sự cố và đưa đưa ra phương thức vận hành lưới điện tối ưu<br /> <br /> <br /> 33<br />  TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 2(25).2008<br /> <br /> <br /> về mặt kinh tế kỹ thuật. Ví dụ như cử nhân viên sửa chữa của đơn vị QLVH đến<br /> khắc phục sự cố trên phân đoạn LBS1 – LBS2 và đóng lại LBS 3 từ xa để cấp điện<br /> cho phân đoạn LBS 2 – LBS 3 không bị sự cố.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 3. Sự cố giữa phân đoạn LBS 1 và LBS 2.<br /> Tóm lại: Tương tự như hệ thống phân đoạn bằng recloser phối hợp với dao<br /> cắt có tải tự động trong giai đoạn 1; ở giai đoạn 2 khi có hệ thống SCADA, khi có<br /> sự cố trên phân đoạn nào, thì các recloser và các dao cắt có tải sẽ phối hợp theo<br /> chương trình định sẵn và cô lập phân đoạn bị sự cố, sau đó các thiết bị (recloser,<br /> dao cắt có tải) phân đoạn sẽ gửi tín hiệu trạng thái về trung tâm điều hành. Căn cứ<br /> vào tín hiệu trạng thái của các thiết bị phân đoạn, số lần đóng cắt của recloser,<br /> nhân viên điều hành sẽ xác định phân đoạn bị sự cố, thông báo cho đơn vị quản lý<br /> vận hành lưới điện cử nhân viên đến kiểm tra, sửa chữa nhanh chóng khôi phục lại<br /> phương thức cấp điện bình thường của hệ thống điện. Đồng thời nhân viên điều<br /> hành có thể thông qua hệ thống SCADA điều hành đóng/cắt các thiết bị phân đoạn<br /> để chủ động cấp điện lại cho các phân đoạn không bị sự cố trong thời gian sớm<br /> nhất.<br /> Ngoài ra qua hệ thống SCADA, nhân viên điều hành hệ thống có thể chủ<br /> động đóng cắt các thiết bị phân đoạn để bố trí phương thức cấp điện hợp lý trong<br /> chế độ bình thường, công tác cũng như sau cố.<br /> 3. Ảnh hưởng của thiết bị phân đoạn đến độ tin cậy cung cấp điện:<br /> Áp dụng các số liệu thống kê tính toán độ tin cậy [3] của lưới điện phân<br /> phối khu vực miền Trung cho lưới điện phân phối nêu trên như hình 4.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 34<br />  TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 2(25).2008<br /> <br /> <br /> Các phương án tính toán:<br /> Phương án 1: Sử dụng máy cắt phối hợp với recloser, không có LBS 1, 2,<br /> 3.<br /> Phương án 2: Sử dụng máy cắt phối hợp với recloser và các LBS 1, 2, 3.<br /> Các LBS này đóng cắt bằng tay. Thời gian thao tác các LBS 1 là 20 phút, LBS 2 là<br /> 25 phút, LBS 3 là 35 phút.<br /> Phương án 3: Sử dụng máy cắt phối hợp với recloser và các LBS 1, 2, 3.<br /> Các LBS này đóng cắt tự động.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 4 : Sơ đồ và kết quả tính toán độ tin cậy cung cấp điện phương án 1<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 5 : Kết quả tính toán độ tin cậy phương án 2<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 35<br />  TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 2(25).2008<br /> <br /> <br /> Kết quả tính toán các phương án bằng chương trình PSSE/Adept thể hiện<br /> trên các hình 4, 5, 6 và bảng sau:<br /> TT Chỉ số độ tin cậy Phương án 1 Phương án 2 Phương án 3<br /> 1 SAFI 0,41 0,42 0,29<br /> 2 SADI 1,34 1,18 0,50<br /> 2 CAFI 1,00 1,00 1,00<br /> 4 CADI 3,28 2,83 1,72<br /> Từ kết quả tính toán trên ta nhận thấy khi tự động hoá lưới điện phân phối,<br /> các chỉ số độ tin cậy cung cấp điện như: Tần suất mất điện trung bình của hệ thống<br /> (SAIFI), thời gian mất điện trung bình của hệ thống (SAIDI), thời gian mất điện<br /> trung bình của khách hàng (CAIDI), tần suất mất điện trung bình của khách hàng<br /> (CAIFI) là tốt nhất.<br /> 4. Kết luận:<br /> • Với cách phối hợp các máy cắt, recloser và dao cắt có tải (LBS) như trên, ta sẽ<br /> nâng cao được độ tin cậy cung cấp điện nhờ việc hạn chế vùng chịu ảnh hưởng<br /> mất điện, bằng cách tự động cách ly điểm sự cố và tự động cấp điện lại cho các<br /> phân đoạn không sự cố. Do nhanh chóng cô lập điểm sự cố nên thời sửa chữa<br /> và khôi phục lại phân đoạn sự cố sẽ nhanh chóng hơn.<br /> • Với nhu cầu sử dụng điện ngày càng cao và số lượng cũng như chất lượng và<br /> độ tin cậy cung cấp điện, việc tự động hoá lưới điện phân phối, phối hợp các<br /> recloser và dao cắt có tải phân đoạn trên tuyến nhằm tự động cô lập điểm sự cố<br /> và tái cấu trúc lưới điện sau sự cố, sẽ đem lại hiệu quả kinh tế do rút ngắn được<br /> thời gian mất điện, giảm tổn thất về doanh thu, giảm chi phí thời gian bảo<br /> dưỡng.<br /> <br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> <br /> [1] SIEMENS, Thiết bị đóng cắt trung áp, Nhà xuất bản khoa học và Kỹ thuật,<br /> Hà Nội - 2001.<br /> [2] Nguyễn Hoàng Việt (2007), Bảo vệ rơle & tự động hóa trong hệ thống điện,<br /> NXB Đại học quốc gia TP. Hồ Chí Minh, tp Hồ Chí Minh.<br /> [3] Công ty Điện lực 3 (2005), Báo cáo tình hình sự cố lưới điện phân phối và<br /> các giải pháp nâng cao chất lượng cung cấp điện năm 2005, Đà Nẵng.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 36<br />