Nghiên cứu chế độ vận hành tối ưu cho hệ thống bù công suất phản kháng trên một số xuất tuyến trung áp của tổng công ty điện lực hà nội

BỘ CƠNG THƢƠNG

TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

NGUYỄN TRỌNG KÍNH

NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH
TỐI ƯU CHO HỆ THỐNG BÙ CÔNG SUẤT
PHẢN KHÁNG TRÊN MỘT SỐ XUẤT
TUYẾN TRUNG ÁP CỦA TỔNG CÔNG TY
ĐIỆN LỰC HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN

Hà Nội, 2023


BỘ CƠNG THƢƠNG

TRƢỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

NGUYỄN TRỌNG KÍNH

NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH
TỐI ƯU CHO HỆ THỐNG BÙ CÔNG SUẤT
PHẢN KHÁNG TRÊN MỘT SỐ XUẤT
TUYẾN TRUNG ÁP CỦA TỔNG CÔNG TY
ĐIỆN LỰC HÀ NỘI

Chuyên ngành

: Kỹ thuật điện

Mã số

: 8520201

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN
Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. Trần Thanh Sơn

Hà Nội, 2023


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành được luận văn này, tác giả xin chân thành cảm ơn và biết
ơn sâu sắc tới Thầy giáo TS. Trần Thanh Sơn là người hướng dẫn luận văn.
Thầy đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn, hỗ trợ, giúp đỡ trong suốt quá trình học
tập nghiên cứu hoàn thành luận văn tốt nghiệp.
Tác giả xin chân thành cảm ơn tới Thầy/Cô giảng dạy trong suốt quá trình
học tập và Các bộ phận, phịng ban chức năng của trường Đại học Điện lực
Tác giả xin chân thành cảm ơn gia đình và đồng nghiệp, bạn bè, người
thân đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho công việc học tập và nghiên cứu;
Tác giả xin chân thành cảm ơn Công ty Điện lực Đống Đa, Tổng Công ty
điện lực Hà Nội đã giúp đỡ, cung cấp số liệu, phục vụ cho q trình nghiên cứu.
Tơi xin trân trọng cảm ơn!
Hà Nội, ngày . . . tháng . . . năm . . .
Tác giả

Nguyễn Trọng Kính

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. Số liệu là số liệu thực tế
được lấy trên phần mềm quản lý và lưu trữ số liệu của Tổng Công ty Điện lực
Hà Nội phạm vi thuộc quản lý của Công ty điện lực Đống Đa.
Tác giả cam đoan về các số liệu và kết quả tính tốn được trình bày trong
luận văn là hồn tồn 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 . . .
Tác giả

Nguyễn Trọng Kính


MỤC LỤC
MỤC LỤC ............................................................................................................. i
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................. iii
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ...................................................................... iv
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ............................................................................. v
I. MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1
II NỘI DUNG ...................................................................................................... 6
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN TỔNG CÔNG TY
ĐIỆN LỰC HÀ NỘI............................................................................................ 6
1.1. Tổng quan về lƣới điện phân phối ................................................................. 6
1.1.1. Tổng quan .................................................................................................... 6
1.1.2. Đặc điểm chung của lƣới điện phân phối 22kV .......................................... 6
1.1.3. Các biện pháp nâng cao hiệu quả kinh tế vận hành lƣới điện phân phối. ... 6

1.2. Hiện trạng lƣới điện và các chế độ vận hành hệ thống bù công suất phản
kháng ở một số xuất tuyến trung áp của Tổng cơng ty Điện lực Hà Nội ............. 6
1.2.1. Tình hình bù công suất phản kháng trong các chế độ vận hành lƣới điện .. 6
1.2.2. Các chế độ vận hành bù công suất phản kháng và kết quả vận hành ......... 6
1.3. Kết luận chƣơng 1 ........................................................................................ 6
CHƢƠNG 2: BÀI TỐN VẬN HÀNH TỐI ƢU HỆ THỐNG BÙ CƠNG
SUẤT PHẢN KHÁNG ........................................................................................ 6
2.1 Bài toán vận hành tối ƣu hệ thống bù công suất phản kháng trên lƣới phân
phối điện .............................................................................................................. 25
2.2 Phƣơng pháp Gauss-Seidel để giải tích lƣới điện [1] ................................... 27
2.3 Ứng dụng thuật toán di truyền để vận hành tối ƣu hệ thống bù công suất
phản kháng trên lƣới phân phối điện [2-5].......................................................... 30
2.3.1 Phép chọn lọc ............................................................................................. 31
2.3.2 Phép lai ghép .............................................................................................. 32
2.3.3 Phép đột biến .............................................................................................. 32
2.4 Kết luận chƣơng 2 ....................................................................................... 35
i


CHƢƠNG 3: TÍNH TỐN LỰA CHỌN CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH TỐI ƢU
CHO HỆ THỐNG BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG CHO MỘT SỐ
XUẤT TUYẾN TRUNG ÁP 22kV................................................................... 36
3.1 Thông số của xuất tuyến mơ phỏng .............................................................. 36
3.2 Tính tốn các chế độ vận hành tối ƣu cho hệ thống bù công suất phản kháng
theo đồ thị phụ tải ................................................................................................ 48
3.3 Kết luận chƣơng 3 ....................................................................................... 53
KẾT LUẬN CHUNG ........................................................................................ 54
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 55

ii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
STT

Từ viết tắt

Nguyên nghĩa

1

EVN

Tập Đoàn điện lực Việt Nam

2

EVN HANOI

Tổng công ty điện lực Hà Nội

3

PC DONG DA

Công ty điện lực Đống Đa

4

UBND

Ủy Ban nhân dân

5

BCT

Bộ Công Thƣơng

6

CSPK

Công suất phản kháng

iii


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Thống kê trạm biến áp của lộ 491 ...................................................... 13
Bảng 1.2: Bảng tổng hợp dung lƣợng công suất bù trên xuất tuyến trung áp 491E1.11.................................................................................................................... 15
Bảng 3.1: Thông số nút của xuất tuyến mô phỏng ............................................. 37
Bảng 3.2: Thông số đƣờng dây của xuất tuyến mô phỏng ................................. 39
Bảng 3.3: Thông số máy biến áp của xuất tuyến mô phỏng ............................... 40
Bảng 3.4: Thông số tải từ giờ 1 đến giờ 4 của xuất tuyến mô phỏng ................. 41
Bảng 3.5: Thông số tải từ giờ 5 đến giờ 8 của xuất tuyến mô phỏng ................. 42
Bảng 3.6: Thông số tải từ giờ 9 đến giờ 12 của xuất tuyến mô phỏng ............... 43
Bảng 3.7: Thông số tải từ giờ 13 đến giờ 16 của xuất tuyến mô phỏng ............. 44
Bảng 3.8: Thông số tải từ giờ 17 đến giờ 20 của xuất tuyến mô phỏng ............. 45
Bảng 3.9: Thông số tải từ giờ 21 đến giờ 24 của xuất tuyến mô phỏng ............. 46

Bảng 3.10: Số bộ tụ tối ƣu vận hành theo từng giờ trong ngày mô phỏng ......... 47
Bảng 3.11: Số bộ tụ tối ƣu vận hành theo từng giờ trong ngày mô phỏng ......... 48
Bảng 3.12: Số bộ tụ tối ƣu vận hành và không vận hành tại giờ thứ 1 trong ngày
mơ phỏng ............................................................................................................. 49
Bảng 3.13: Bảng tính và so sánh tổn thất công suất giữa chế độ bù cực đại và bù
tối ƣu trong 24 giờ mô phỏng .............................................................................. 51

iv


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Biểu đồ thơng số vận hành điển hình một số Trạm biến áp phân phối lộ
491-E1.11, ngày 31 tháng 7 năm 2022 ................................................................ 17
Hình 2.1 ............................................................................................................... 25
Hình 2.2: Sơ đồ khối áp dụng phƣơng pháp Gauss-Seidel phân tích chế độ xác
lập lƣới điện ......................................................................................................... 30
Hình 2.3: Ví dụ phép lai ghép một gen ............................................................... 32
Hình 2.4: Ví dụ phép lai ghép hai gen ................................................................ 32
Hình 2.5: Ví dụ phép đột biến một gen và hai gen ............................................. 33
Hình 3.1: Sơ đồ một sợi xuất tuyến mơ phỏng ................................................... 36
Hình 3.2: Giá trị điện áp lớn nhất trong từng giờ khi thực hiện bù cực đại và bù
tối ƣu.................................................................................................................... 49
Hình 3.3: Giá trị điện áp nhỏ nhất trong từng giờ khi thực hiện bù cực đại và bù
tối ƣu.................................................................................................................... 50
Hình 3.4: Tổn thất cơng suất tác dụng (kW) trong từng giờ khi thực hiện bù cực
đại và bù tối ƣu .................................................................................................... 52
Hình 3.5: Độ giảm tổn thất công suất tác dụng trong từng giờ khi thực hiện điều
khiển bù tối ƣu ..................................................................................................... 52

v

I. MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Lƣới điện phân phối là lƣới điện chiếm tỷ lệ lớn nhất và là lƣới có tổn thất
điện năng lớn nhất trong trong hệ thống thống điện, từ khâu sản xuất điện đến
truyền tải, phân phối đến các phụ tải tiêu thụ điện.
Theo các số liệu thu thập thống kê của các đơn vị kinh doanh điện trên thế giới
đánh giá tổn thất điện năng thấp nhất trên lƣới truyền tải vào khoảng 2% và trên lƣới
điện phân phối là 4%. Tổn thất điện năng trên lƣới điện Việt Nam năm 2018 là
7,04%, mục tiêu kế hoạch đến năm 2020 là 6,5% trong đó tổn thất trên lƣới điện
truyền tải khoảng 2,15%, lƣới điện phân phối khoảng 4,35%. Tổn thất trên lƣới điện
phân phối phần lớn là do tổn thất kỹ thuật và đƣợc quyết định bởi các yếu tố giải
pháp kỹ thuật từ khâu thiết kế đến khâu triển khai thi công.
Nhiệm vụ và mục tiêu đặt ra của Tập đoàn điện lực Việt Nam (EVN) nói
chung và các Cơng ty điện lực là tìm các giải pháp tối ƣu để giảm tổn thất điện
năng trên hệ thống điện, trong đó đặc biệt là lƣới điện phân phối trung áp. Lƣới
điện phân phối trung áp là lƣới điện có quy mơ lớn và có tỷ lệ tổn thất cao trong
hệ thống điện, mục tiêu là giảm tổn thất xuống mức thấp nhất có thể, và vấn đề
giảm tổn thất cơng suất, tổn thất điện năng...vẫn sẽ là trọng tâm trong công tác
điều hành quản lý, vận hành và kinh doanh của các Tổng Cơng ty Điện lực hiện
nay, trong đó có Tổng Cơng ty điện lực Hà Nội – Tập đồn điện lực Việt Nam.
Nhiều giải pháp kỹ thuật đã đƣợc nghiên cứu để tính tốn và áp dụng nhằm
giảm tổn thất điện năng nhƣ: hoán đổi các MBA non tải thay thế cho MBA quá
tải, vận hành song song các MBA, thay dây dẫn có tiết diện lớn hơn, nâng áp các
lƣới điện phân phối và quy chuẩn chung cho việc sử dụng 01 cấp điện áp phân
phối trung thế, lắp đặt tụ bù ...vv. Trong đó, bù cơng suất phản kháng (CSPK) là
giải pháp đơn giản và hiệu quả nhất.
Tuy nhiên lƣới điện trung áp là lƣới điện có quy mô lớn trải dài trên diện
1

rộng và xen kẽ với các khu dân cƣ, do vậy lƣới có yếu tố phức tạp và đƣợc áp
dụng nhiều giải pháp kỹ thuật chƣa đồng nhất, khó khăn hơn nữa là đa dạng về
loại hình phụ tải ( phụ tải sinh hoạt, phụ tải hành chính, phụ tải tiểu thủ công
nghiệp và công nghiệp…) tƣơng ứng đa dạng về đơn vị quản lý, phụ tải biến
thiên liên tục theo nhu cầu sử dụng. Vì vậy việc bù cơng suất phản kháng
(CSPK) là một giải pháp tốt, nhƣng cần đáp ứng linh hoạt các thay đổi công suất
liên tục trên lƣới điện và đảm bảo các thông số lƣới điện nằm trong phạm vi quy
định. Các lƣới điện trung áp hiện nay đƣợc áp dụng nhiều phƣơng pháp, giải
giáp bù khác nhau và đƣợc bù tại nhiều điểm, với tính chất bù phức tạp và cơng
suất bù lớn nhƣ vậy sẽ xẩy ra các hiện tƣợng quá bù dẫn đến quá áp trên lƣới
điện trong các trƣờng hợp thấp tải, và ngƣợc lại có thể thiếu bù trong một số
trƣờng hợp tải cao cũng nhƣ việc phân bố bù không đều trên lƣới tại các nút sẽ
dẫn đến nguy cơ mất ổn định lƣới điện. Vì vậy việc nghiên cứu chế độ vận hành
tối ƣu cho hệ thống bù công suất phản kháng trong công tác quản lý vận hành là
việc hết sức cần thiết nhằm đáp ứng linh hoạt với sự thay đổi của phụ tải, khai
thác tối đa chi phí đầu tƣ hệ thống bù, nhằm giảm tổn thất điện năng trên lƣới
điện, và quan trọng nhất là đảm bảo ổn định lƣới điện và cung cấp điện liên tục
an tồn.
Hiện nay với tốc độ đơ thị hóa cao, nhiều khu đơ thị có quy mơ lớn phát
triển đƣợc quy hoạch đồng bộ về hạ tầng kỹ thuật và ngầm hóa trong việc cung
cấp điện là việc tất yếu, đối với các khu vực nội thành. Các Thành Phố đang có
chủ trƣơng chỉnh trang đơ thị theo hƣớng hiện đại, văn minh, việc ngầm hóa hạ
tầng cấp điện đồng bộ với các tuyến đƣờng dây khác để đảm bảo mỹ quan đơ
thị, hƣớng tới khơng cịn cột điện trên các tuyến phố, các trạm biến áp đƣợc xây
dựng theo công nghệ mới hiện đại, đảm bảo phù hợp với việc xây dựng thành
phố xanh, sạch, đẹp. Hiện nay lƣới điện trung thế đang đƣợc quy chuẩn và đồng
nhất sử dụng điện áp 22kV, và cáp ngầm là giải pháp cấp điện đang đƣợc áp
dụng rất nhiều hiện nay tại các thành phố (đã áp dụng và tiếp tục áp dụng tiến

tới ngầm hóa 100%) và nhiều khu cơng nghiệp. Trong đó lƣới điện cáp ngầm
2


22kV tại các thành phố lớn nhƣ Hà Nội và Hồ Chí Minh có quy mơ lớn và phức
tạp nhất, và gặp nhiều khó khăn trong cơng tác vận hành cũng nhƣ vận hành tối
ƣu lƣới điện, giảm tổn thất điện năng, đảm bảo ổn định cung cấp điện.
Với các lý do trên, đề tài “Nghiên cứu chế độ vận hành tối ƣu cho hệ
thống bù công suất phản kháng trên một số xuất tuyến trung áp của Tổng
công ty Điện lực Hà Nội ” hiện nay là rất cần thiết, góp phần vào nâng cao hiệu
quả vận hành kinh tế lƣới điện, và ổn định lƣới điện phân phối thành phố.
2. Tổng quan nghiên cứu hoặc câu hỏi nghiên cứu
Nghiên cứu các chế độ vận hành hệ thống bù công suất phản kháng theo
các chế độ vận hành của lƣới điện có sẵn ở đây là lƣới điện cáp ngầm 22kV từ
đó tìm ra chế độ vận hành tối ƣu cho hệ thống bù công suất phản kháng. Các đề
tài nghiên cứu về bù công suất phản kháng đã có rất nhiều tuy nhiên đề tài cho
nghiên cứu bù cho xuất tuyến cáp ngầm thì vẫn cịn ít. Và phạm vi nghiên cứu
của các đề tài mới chỉ quan tâm đến dung lƣợng bù và giải pháp bù, ít quan tâm
đến vấn đề vận hành của các hệ thống bù và phối hợp các hệ thống bù trên toàn
tuyến, nhằm đáp ứng linh hoạt các chế độ vận hành lƣới điện do đó chƣa tối ƣu
đƣợc hiệu quả trong vận hành. Để nâng cao hiệu quả trong vận hành lƣới điện và
hiệu quả của các hệ thống bù thì cần có giải pháp tổng thể trong vận hành phối
hợp nhiều hệ thống bù cơng suất phản kháng, do đó nghiên cứu chế độ vận hành
tối ƣu cho hệ thống bù công suất phản kháng là việc rất cần thiết.
3. Mục tiêu nghiên cứu
Luận văn nghiên cứu tính tốn xác định phƣơng pháp các chế độ vận hành
bù tối công suất phản kháng trên một số xuất tuyến trung áp của Tổng cơng ty
điện lực Hà Nội, mục đích đáp ứng linh hoạt với sự biến thiên liên tục của phụ
tải nhằm giảm tổn thất điện năng nâng cao hiệu quả truyền tải và phân phối điện,
vận hành tối ƣu lƣới điện nâng cao hiệu quả đầu tƣ giảm chi phí quản lý vận

hành nhƣng vẫn đảm bảo ổn định cung cấp điện.

3


Nghiên cứu các vấn đề lý thuyết của kỹ thuật có yếu tố kinh tế, liên quan
đến bù và vận hành bù tối ƣu công suất phản kháng cho lƣới điện phân phối, áp
dụng tính tốn để tính tốn bù và vận hành bù tối ƣu cho lƣới phân phối 22kV
nhằm đáp ứng các chế độ vận hành của lƣới điện, sử dụng phần mềm tốn học
Matlab để tính tốn… kết hợp với thực tiễn đang vận hành, đánh giá và nghiên
cứu chế độ bù và vận hành bù tối ƣu công suất phản kháng trên lƣới điện cáp
ngầm trung thế.
Nghiên cứu cơ sở lý thuyết, và các lý luận khoa học về các vấn đề liên quan
đến bù tối ƣu công suất phản kháng nhƣ: giải pháp bù, dung lƣợng bù, vị trí bù,
phƣơng pháp bù và các thay đổi cũng nhƣ kết quả các thông số về lƣới điện khi
bù nhƣ U, I, P, Q, hệ số công suất… trong các chế độ làm việc của lƣới nhằm
đánh giá tối ƣu trong quản lý vận hành.
Phân tích các thơng số về điện và tìm hiểu hiện trạng bù công suất phản
kháng trên lƣới phân phối 22kV/0,4kV, tại một số xuất tuyến cáp ngầm của
Tổng công ty điện lực Hà Nội, từ đó nghiên cứu tìm các chế độ vận hành tối ƣu
hơn cho các hệ thống bù…
Các giải pháp thực tế áp dụng để bù và vận hành tối ƣu công suất phản
kháng hiện nay, đánh giá đề xuất phù hợp với lƣới điện hiện trạng và mô hình áp
dụng đối với các lƣới xây dựng mới đƣợc đƣa vào ngay từ giai đoạn thiết kế.
4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Đối tƣợng nghiên cứu: Nghiên cứu, tính tốn các chế độ vận hành tối ƣu
cho hệ thống bù công suất phản kháng lƣới phân phối 22kV/0,4kV, tại một số
xuất tuyến cáp ngầm của Tổng công ty điện lực Hà Nội và cụ thể ở đây là xuất
tuyến cáp ngầm 491-E1.11 thuộc Công ty điện lực Đống Đa quản lý, nhằm đạt
đƣợc hiệu quả cao trong công tác quản lý vận hành, giảm tổn thất điện năng và

nâng cao ổn định chất lƣợng điện năng.
Phạm vi nghiên cứu: Các chế độ vận hành lƣới điện và các chế độ bù

4


công suất phản kháng trên xuất tuyến cáp ngầm trung áp 491-E1.11 thuộc Công
ty điện lực Đống Đa quản lý gồm: Khảo sát, thu thập số liệu trên lƣới điện, các
chế độ vận hành lƣới điện, tính chất phụ tải lƣới điện, thực trạng tổn thất lƣới
điện, các giải pháp bù áp dụng trên lƣới và hiệu quả mang lại…; Các đặc điểm
địa hình, yếu tố địa hình ảnh hƣởng đến tuyến cáp ngầm và công tác vận hành:
lƣới điện phân bố dọc theo đƣờng chính các khu dân cƣ, phạm vi khơng gian
chật hẹp, khó khăn trong cơng tác quản lý vận hành…
Thời gian nghiên cứu: từ tháng 01 năm 2022 đến tháng 01 năm 2023.
5. Phƣơng pháp nghiên cứu
Tổng hợp thông tin về các chế độ vận hành tối ƣu cho hệ thống bù công
suất phản kháng Việt Nam và Trên thế giới. Thu thập, phân tích số liệu về các
chế độ bù, phƣơng pháp bù, ứng dụng các phần mềm hoặc lập trình trên các
phần mềm chuyên ngành tính tốn vận hành các chế độ bù; so sánh tổn thất điện
năng và các thông số về điện trƣớc và sau khi điều chỉnh các chế độ vận hành,
nhận xét đánh giá về kết quả nghiên cứu.
Đề tài nghiên cứu sử dụng các số liệu vận hành thực tế để tính tốn so sánh
và nghiên cứu, do đó đề tài có tính chất thực tiễn rất cao và hoàn toàn phù hợp
với thực tế vận hành.

5


II NỘI DUNG
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN TỔNG CÔNG

TY ĐIỆN LỰC HÀ NỘI
1.1. Tổng quan về lƣới điện phân phối
1.1.1. Tổng quan
1.1.2. Đặc điểm chung của lƣới điện phân phối 22kV
1.1.3. Các biện pháp nâng cao hiệu quả kinh tế vận hành lƣới điện phân phối.
1.2. Hiện trạng lƣới điện và các chế độ vận hành hệ thống bù công suất phản
kháng ở một số xuất tuyến trung áp của Tổng công ty Điện lực Hà Nội
1.2.1. Tình hình bù cơng suất phản kháng trong các chế độ vận hành lƣới điện
1.2.2. Các chế độ vận hành bù công suất phản kháng và kết quả vận hành
1.3. Kết luận chƣơng 1

CHƢƠNG 2: BÀI TOÁN VẬN HÀNH TỐI ƢU HỆ THỐNG BÙ
CƠNG SUẤT PHẢN KHÁNG
2.1 Bài tốn vận hành tối ƣu hệ thống bù công suất phản kháng trên lƣới phân
phối điện
2.2 Phƣơng pháp Gauss-Seidel để giải tích lƣới điện [1]
2.3 Ứng dụng thuật toán di truyền để vận hành tối ƣu hệ thống bù công suất
phản kháng trên lƣới phân phối điện [2-5]
2.3.1 Phép chọn lọc
2.3.2 Phép lai ghép
2.3.3 Phép đột biến
2.4 Kết luận chƣơng 2

6


CHƢƠNG 3: TÍNH TỐN LỰA CHỌN CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH TỐI ƢU CHO
HỆ THỐNG BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG CHO MỘT SỐ XUẤT
TUYẾN TRUNG ÁP CÁP NGẦM 22kV
3.1 Thông số của xuất tuyến mơ phỏng

3.2 Tính tốn các chế độ vận hành tối ƣu cho hệ thống bù công suất phản kháng
theo đồ thị phụ tải
3.3 Kết luận chƣơng 3

7


CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN TỔNG
CÔNG TY ĐIỆN LỰC HÀ NỘI
1.1 Tổng quan về lƣới điện phân phối
1.1.1 Tổng quan
Thủ đô Hà Nội và Thành phố Hồ Chí Minh là hai thành phố trực thuộc
trung ƣơng và là hai trung tâm hành chính lớn nhất nƣớc, do đó sự phát triển
kinh tế đơ thị cũng nhƣ tốc độ phát triển về quy mô là rất nhanh. Kéo theo hạ
tầng cơ sở phải phát triển để đáp ứng kịp tốc độ đơ thị hóa, trong đó ngành điện
cũng cần sự phát triển và thay đổi đáp ứng tƣơng ứng. Thực hiện chủ trƣơng
ngầm hóa đơ thị của UBND Thành Phố Hà Nội, đến nay nội thành Thành Phố
Hà Nội đã thực hiện ngầm hóa đến 90% lƣới điện 22kV.
Các xuất tuyến cáp ngầm 22kV, có điểm đầu xuất phát từ các trạm
110/22kV (viết tắt là các E) đến các phụ tải dùng điện nằm rải rác trên thành
phố. Các trạm 110/22kV (E) đƣợc quy hoạch nằm xung quanh thành phố, các
tuyến cáp ngầm đƣợc từ các E này đƣợc nối vòng với nhau và cung cấp điện cho
phụ tải, nhƣng vận hành là vận hành hở.
Các tuyến cáp ngầm từ các E cấp đến các trạm biến áp, sử dụng chủ yếu là
cáp Cu/XLPE/PVC/DSTA/PVC-W-3x240mm2, đƣợc chôn trực tiếp trong đất
hoặc luồn trong ống nằm trên hè hoặc dƣới đƣờng phù hợp với địa hình khu vực.
Các trạm biến áp chủ yếu là các trạm biến áp dạng trạm cột (TC), trạm Kios,
trạm treo (TT), trạm xây… có cơng suất từ 400-1000kVA.
1.1.2 Đặc điểm chung của lƣới điện phân phối 22kV
Lƣới điện cáp ngầm 22kV trong đô thị cụ thể là Thành Phố Hà Nội, có tính

chất phức tạp về địa hình, trạm biến áp nằm rải rác trên phố gần các khu dân cƣ,
hành lang cáp ngầm đi trên hè và dƣới đƣờng thay đổi liên tục. Phụ tải tiêu thụ
điện đa dạng nhƣ “ Phụ tải sinh hoạt, phụ tải hành chính văn phịng, phụ tải kinh
doanh và tiểu thủ công nghiệp…”, do vậy nhu cầu dùng điện thay đổi liên tục
8


theo giờ, và có tính chất bị đầy tải vào các khung giờ cao điểm, giờ trung bình
và non tải và giờ thấp điểm. Vì vậy các thống số U, I Cos φ thay đổi liên tục,
gây ra các vấn đề quá áp và thấp áp làm giảm chất lƣợng điện năng cung cấp,
ảnh hƣởng đến thiết bị sử dụng điện.
Đặc điểm sơ đồ lƣới điện và quy cách thiết bị của lƣới:
+ Trạm biến áp phối gồm các dải cơng suất chính: 400kVA, 560kVA,
630kVA, 750kVA, 1000kVA, các trạm đƣợc bố trí 1 máy hoặc 2 máy tùy cơng
suất; Kiểu trạm gồm nhiều kiểu khác nhau: trạm treo (TT), Trạm 1 cột (1C),
trạm Kios (K), trạm xây (X)…
+ Cấp điện áp trạm biến áp: 22(±2x2,5%)/0,4kV.
+ Máy biến áp: chủ yếu sử dụng máy dầu của các hãng nhƣ: ABB, Đông
Anh,…
+ Thiết bị đóng cắt trung thế sử dụng tủ RMU (Ring Main Unit) 24kV cách
điện khí SF6 cho các trạm xây, trạm Kios, trạm treo…, sơ đồ cơ bản gồm: 02
ngăn cầu dao phụ tải đến và đi, 01 cầu dao + cầu chì sang máy biến áp hoặc
ngăn máy cắt…, tủ sử dụng của các hãng: ABB, Schneider, Siemens…
+ Cáp ngầm sử dụng cáp 24kV Cu/XLPE/PVC/DSTA/PVC-W-3x240mm2
có chống thấm dọc, cáp sử dụng của các hãng: LS-Vina, Cadivi…
+ Đấu nối cáp và đấu nối cáp với tủ với máy biến áp. Sử dụng đầu cáp
24kV dạng kín nhƣ TPlug, và Elbow… kèm các bộ báo sự cố đầu cáp. Sử dụng
của các hãng nhƣ: 3M, Raychem…
+ Tủ hạ thế: theo gam tủ cơ bản của Tổng công ty điện lực Hà Nội.
+ Tiếp địa: sử dụng tiếp địa tại trạm và tiếp địa lặp lại trên lƣới 0,4kV.

+ Lƣới điện hạ thế gồm hỗn hợp đƣờng dây trên không và cáp ngầm
0,6/1kV Cu/XLPE/PVC/DSTA/PVC-4x95(120)mm2, đƣờng dây trên không sử
dụng cáp ACB4x35-150mm2 có tiết diện phù hợp…
9


+ Bù công suất: Lƣới điện phân phối 22kV hiện nay đƣợc bù chủ yếu ở hai
cấp điện áp là bù trung thế 22kV và bù hạ thế 0,4kV. Trong đó bù trung thế sử
dụng tụ bù trung thế bù cứng nằm rải rác tại các điểm trên lƣới của xuất tuyến
đó. Bù hạ thế, do đặc thù phụ tải chủ yếu là các phụ tải sinh hoạt và phụ tải văn
phịng nằm rải rác vì vậy lƣới điện 0,4kV không đƣợc bù tại tải mà phƣơng pháp
bù chủ yếu là bù tại tủ hạ thế tổng của trạm biến áp, và giải pháp gồm có: bù
cứng và bù mềm tự động…
+ Vận hành lƣới điện: Lƣới điện đƣợc thiết kế xây dựng theo mơ hình lƣới
kín nhƣng vận hành hở, các tuyến cáp ngầm của các E đƣợc xây dựng nối thành
mạch vòng để dự phòng lẫn nhau hạn chế việc mất điện trong thao tác do vận
hành hoặc sự cố trên lƣới điện…
1.1.3 Các biện pháp nâng cao hiệu quả kinh tế vận hành lƣới điện phân
phối.
Các giải pháp nâng cao hiệu quả kinh tế trong vận hành lƣới điện phân phối
gồm có nhiều giải pháp, cụ thể nhƣ sau:
+ Cân bằng pha: là cân bằng phụ tải dòng điện trên các pha, hạn chế việc
dùng điện mất cân bằng pha.
+ Tăng tiết diện dây dẫn giảm tổn thất trên đƣờng dây và đảm bảo độ sụt áp
ΔU≤ 5%;
+ Điều chỉnh điện áp đầu nguồn ở các trạm 110kV, bằng cách điều chỉnh
các nấc phân áp phía 110kV;
- Tuy nhiên do sự phân bố tải tại các nút không đều nhau, và nhu cầu sử
dụng công suất P&Q cũng khác nhau do vậy các giải pháp nêu trên chƣa mang
lại hiệu quả tối ƣu và đảm bảo vận hành lƣới điện kinh tế. Vì vậy giải pháp sử

dụng tụ bù Cos φ tại các trạm là giải pháp tối ƣu nhất, tuy nhiên việc bù Cos φ
này hiện nay rất phức tạp do tồn tại nhiều hình thức khác nhau và không đồng
nhất dẫn đến việc bù chƣa hiệu quả, do có thể bù thừa hoặc thiếu, bù không cần
10


bằng giữa các pha… do vậy để đạt đƣợc hiệu quả các nhất, cần có các chế độ
vận hành bù hiệu quả cho lƣới điện để cải thiện Cosφ của lƣới điện. Đặc biệt
lƣới điện cáp ngầm nhạy cảm với sự thay đổi điện áp.
1.2 Hiện trạng lƣới điện và các chế độ vận hành hệ thống bù công suất phản
kháng trong Tổng Công ty điện lực Hà Nội và cụ thể là xuất tuyến trung áp
491-E1.11 của Công ty điện lực Đống Đa - Tổng công ty Điện lực Hà Nội.
Hiện trạng lƣới điện phân phối trung thế 22kV trong Tổng Công ty điện lực
Hà Nội: Lƣới điện phân phối 22kV hiện nay gồm hai loại hình cung cấp điện cơ
bản là “Hệ thống cung cấp điện đƣờng dây trên không (ĐDK)” và “Hệ thống
cáp ngầm”. Hiện nay cả hai loại hình cung cấp điện này đều đƣợc xây dựng theo
mơ hình lƣới kín nhƣng vận hành hở giữa các (E). Tuy nhiên hệ thống ĐDK thì
mới kín chủ yếu ở đƣờng trục, và còn tồn tại nhiều mạch nhánh dạng mạch T.
Bù công suất phản kháng trên lƣới phân phối 22kV hiện nay, gồm có 3
phƣơng pháp bù cụ thể nhƣ sau:
+ Bù cứng trên lƣới trung thế, các điểm bù nằm rải rác trên lƣới, công suất
bù và điểm sẽ đƣợc điều chỉnh theo sự phát triển phụ tải trên lƣới. Phƣơng pháp
này hiện nay còn tồn tại nhiều trên ĐDK, và một số ít trên các tuyến cáp ngầm.
+ Bù cứng tại phía hạ thế 0,4kV tại các tủ hạ thế tổng của TBA, bù cứng
này áp dụng theo quy định của Tổng Công ty là bù 10% công suất MBA.
Phƣơng pháp bù cứng này đƣợc áp dụng cho các trạm biến áp thuộc Tổng công
ty đầu tƣ và quản lý, và một số trạm khách hàng có cơng suất nhỏ. Mơ hình này
đƣợc áp dụng chủ yếu trên lƣới điện.
+ Hệ thống Tủ tụ bù tự động bù tại tủ hạ thế tổng phía 0,4kV, phƣơng pháp
bù này trƣớc đây chủ yếu đƣợc áp dụng ở một số trạm khách hàng có cơng suất

vừa và lớn hệ số Cosφ ≥ 0,9 theo Nghị định số 137/2013/NĐ-CP ngày ngày 21
tháng 10 năm 2013, Nghị định Chính Phủ Quy định chi tiết thi hành một số điều
luật điện lực và luật sửa đổi, bổ sung một số điều của luật Điện Lực; Tuy nhiên
11


trong năm 2020 phƣơng pháp này đã đƣợc áp dụng trên lƣới điện tại các trạm
biến áp do Tổng công ty đầu tƣ và quản lý. Quy mô đầu tƣ theo Tờ trình số
2924/TTr-B04, ngày 29 tháng 05 năm 2020 của Ban kỹ thuật – Tổng công ty
điện lực Hà Nội và đƣợc duyệt theo Lệnh sản xuất số 4609/LSX-EVN HANOI
của Tổng Công ty điện lực Hà Nội, ngày 14 tháng 06, năm 2020. Đã đƣa Tổng
số lƣợng tủ điều khiển tụ bù là 881 tủ vào vận hành, trong đó gồm các loại tủ tụ
bù cụ thể nhƣ sau: Số lƣợng tủ điều khiển tụ bù loại có lắp sẵn tụ bên trong - 799
tủ, số lƣợng tủ điều khiển tụ bù loại có bổ sung tụ - 37 tủ, số lƣợng tủ điều khiển
tụ bù loại không lắp tụ bên trong - 45 tủ;
Các chế độ vận hành bù công suất phản kháng:
+ Đối với phƣơng pháp bù cứng trên lƣới điện phân phối 22kV: hệ thống tụ
bù đƣợc vận hành ở 1 chế độ là đóng trực tiếp vào lƣới điện thơng qua cầu chì tự
rơi FCO hoặc kết hợp cầu chì ống và cầu dao cách ly. Đối với phƣơng pháp bù
này lƣới điện luôn luôn đƣợc bù với giá trị công suất phản kháng bằng giá trị
định mức của nhóm tụ, và khơng có khả năng điều chỉnh theo sự biến thiên của
tải và sự thay đổi của hệ số Cosφ. Vận hành hệ thống phải vận hành thủ công
dƣới sự thao tác của cán bộ quản lý, và phải theo dõi hệ số Cosφ đầu nguồn và
các trạm lân cận và tính tốn để có chế độ vận hệ thống thích hợp.
+ Đối với phƣơng pháp bù cứng tại tủ tổng hạ thế 0,4kV tại TBA: hệ thống
tụ bù đƣợc vận hành ở 1 chế độ là đóng trực tiếp vào lƣới điện thơng qua cầu chì
hoặc MCCB, và chế độ kết quả vận hành cùng giống nhƣ bù cứng phía 22kV.
+ Đối với phƣơng pháp tủ tụ bù tự động: hệ thống bù linh hoạt và đáp ứng
đƣợc sự biến thiên của phụ tải và thay đổi của hệ số Cosφ, và đảm bảo hệ số
Cosφ luôn đặt đƣợc giá trị cài đăt, và đáp ứng đƣợc các chế độ vận hành của

lƣới điện. Việc bù công suất phản kháng vào lƣới đƣợc điều chỉnh linh hoạt và
đạt hiệu quả sử dụng cao, việc này phụ thuộc và cấp bù của tủ tụ bù đó.
Hiện trạng xuất tuyến trung áp 491-E1.11 của Cơng ty điện lực Đống Đa:

12


+ Xuất tuyến trung áp 491-E1.11, lƣới điện sử dụng cáp ngầm 24kV
Cu/XLPE/PVC/DSTA/PVC-W-3x240mm2 đƣợc đấu vào ngăn máy cắt lộ 491
của trạm 110kV (E1.11) và đƣợc đấu mạch vòng với lộ 470 E1.52 và lộ 481
E1.14. Lộ 491 gồm có 18 trạm biến áp với tổng công suất là 12,520 kVA, danh
sách cụ thể nhƣ sau:
Bảng 1.1: Thống kê trạm biến áp của lộ 491
STT

Tên trạm biến áp

Công suất
(kVA)

Tỉ số TI

Kiểu trạm biến
áp

1

Khâm Thiên 8

630

200(1000/5)

Trạm 1 Cột

2

Thổ Quan 8

630

200(1000/5)

Trạm 1 Cột

3

Khâm Thiên 4

630

200(1000/5)

Trạm 1 Cột

4

Khâm Thiên 6

750

240(1200/5)

Trạm 1 Cột

630

200(1000/5)

Trạm 1 Cột

5

Khâm Thiên 3

630

200(1000/5)

Trạm 1 Cột

6

Thổ Quan 5

630

200(1000/5)

Trạm treo

7

Thổ Quan 2

630

200(1000/5)

Trạm treo

8

Bƣu điện Thổ Quan

400

120(600/5)

Trạm treo

9

Thổ Quan 3

630

200(1000/5)

Trạm treo

10

Thổ Quan 6

630

200(1000/5)

Trạm treo

11

Thổ Quan 7

1000

320(1600/5)

Trạm 1 Cột

12

Thổ Quan 13

630

200(1000/5)

Trạm 1 Cột

13

Thổ Quan 4

630

200(1000/5)

Trạm treo

14

Cơng ty Bao bì xuất
Khẩu

400

200(1000/5)

Trạm treo

15

Thổ Quan 9

630

200(1000/5)

Trạm 1 Cột

16

Công ty 18

630

120(600/5)

Trạm 1 Cột

400

200(1000/5)

Trạm 1 Cột

17

Công ty 18-3

750

200(1000/5)

Trạm 1 Cột

18

Khâm Thiên 2

630

200(1000/5)

Trạm 1 Cột

Tổng cộng

12,520
13


+ Kết cấu lƣới điện: toàn bộ tuyến sử dụng cáp ngầm 24kV
Cu/XLPE/PVC/DSTA/PVC-W-3x240mm2, đi ngầm dƣới lòng đƣờng hoặc trên
vỉa hè;
+ Đóng cắt trung thế: Sử dụng tủ 24kV RMU (Ring Main Unit) gồm các
ngăn cầu dao cho đầu cáp đến và đi, ngăn sang máy sử dụng CD+CC (Cầu dao +
Cầu chì) hoặc ngăn máy cắt cho các gam máy công suất lớn; Một số trƣờng hợp
trạm treo sử dụng Cầu Dao phụ tải và cầu chì FCO;
+ Máy biến áp sử dụng máy biến áp dầu 22(±2x2,5%)/0,4kV, lắp đặt trên
cột. Bảo vệ phía trung thế máy biến áp sử dụng cầu chì và máy cắt cho các máy
có công suất lớn.
+ Hệ thống tiếp địa trạm biến áp có điện trở đảm bảo ≤ 4Ω.
+ Tủ hạ thế tổng: sử dụng gam tủ phù hợp theo công suất máy biến áp theo
quy định của EVN Hà Nội, trong tủ đầy đủ thiết bị đóng cắt ACB, MCCB và
thiết bị đo đếm điện;
+ Hiện trạng các giải pháp bù cơng suất phản kháng:
Bù cứng phía trung thế: Theo dữ liệu thống kê tụ bù điện áp 22kV (từ ngày

28/03/2009 đến ngày 29/11/2022) trên lƣới điện Công ty điện lực Đống Đa, thì
hiện tại lộ xuất tuyến trung áp 491-E1.11 khơng cịn bù cứng trung thế.
Bù cứng tại tủ tổng hạ thế 0,4kV tại trạm biến áp: Hiện trạng phƣơng pháp
bù này tồn tại nhiều nhất trên lƣới điện và lộ 479-E1.11, công suất bù là 10%
công suất trạm biến áp.
Bù tự động bằng tủ bù tự động đặt tại phía hạ thế trạm biến áp: Theo báo
cáo số 678/BC-PC DONGDA, ngày 13/05/2020 về việc khối lƣợng, chủng loại
tủ điều khiển tụ bù đăng ký mua sắm lắp bổ sung trên lƣới điện hạ thế; đến ngày
29/11/2022) trên lƣới điện Cơng ty điện lực Đống Đa, thì hiện tại lộ xuất tuyến
trung áp 491-E1.11 chƣa đƣợc triển khai lắp đặt hệ thống tủ tụ bù tự động.

14


Căn cứ các số liệu thống kê thực tế và hiện trạng bù cơng suất phản kháng,
ta có bảng Tổng hợp dung lƣợng bù trên lƣới điện xuất tuyến trung áp 491E1.11 nhƣ sau:
Bảng 1.2: Bảng tổng hợp dung lƣợng công suất bù trên xuất tuyến trung áp
491-E1.11
STT

Tên trạm biến
áp

Công
suất
(kVA)

Công suất bù
(kVAr)

Phƣơng
pháp bù

1

Khâm Thiên 8

630

60 (3x20 kVAr)

2

Thổ Quan 8

630

60 (3x20 kVAr)

3

Khâm Thiên 4

630

60 (3x20 kVAr)

4

Khâm Thiên 6

750

75 (3x20+1x25
kVAr)

630

60 (3x20 kVAr)

Bù cứng
10% cơng
suất máy
biến áp, lắp
đặt phía hạ
thế 0,4kV
đấu nối tại
thanh cái tủ
hạ thế tổng

5

Khâm Thiên 3

630

60 (3x20 kVAr)

6

Thổ Quan 5

630

60 (3x20 kVAr)

7

Thổ Quan 2

630

60 (3x20 kVAr)

8

Bƣu điện Thổ
Quan

400

40 (2x20 kVAr)

9

Thổ Quan 3

630

60 (3x20 kVAr)

10

Thổ Quan 6

630

60 (3x20 kVAr)

11

Thổ Quan 7

1000

100 (3x30
+1x10 kVAr)

12

Thổ Quan 13

630

60 (3x20 kVAr)

13

Thổ Quan 4

630

60 (3x20 kVAr)

14

Công ty Bao bì
xuất Khẩu

400

40 (2x20 kVAr)

15

Thổ Quan 9

630

60 (3x20 kVAr)

16

Cơng ty 18

630

60 (3x20 kVAr)

400

40 (2x20 kVAr)
15

Ghi
chú


17

Cơng ty 18-3

750

75 (3x20+1x25
kVAr)

18

Khâm Thiên 2

630

75 (3x20+1x25
kVAr)

Tổng cộng

12,520

1.2.1 Tình hình bù công suất phản kháng trong các chế độ vận hành lƣới
điện
Nhƣ đã tổng hợp phía trên xuất tuyến trung áp 491-E1.11, 100% bù cứng
tại tủ tổng hạ thế 0,4kV tại Trạm biến áp với công suất bù là 10% dung lƣợng
máy biến áp.
Do phƣơng pháp bù cứng phía hạ thế máy biến áp, vì vậy việc bù cơng suất
phản kháng trong các chế độ vận hành lƣới điện chƣa đƣợc linh hoạt và khơng
có nhiều thay đổi trong suốt quá trình vận hành lƣới điện. Do việc điều chỉnh
dung lƣợng bù tại các trạm biến áp chủ yếu phụ thuộc vào cơng nhân vận hành,
đi đóng cắt trực tiếp tại các trạm biến áp. Trong tất các các chế độ vận hành lƣới
nhƣ: vận hành hở hoặc vận hành sự cố, vận hành liên thông giữa các lộ xuất
tuyến (theo điều độ đảm bảo tính liên tục cấp điện) thì việc bù cơng suất phản
kháng cũng ít đƣợc thay đổi hay có điều chỉnh phù hợp, đây là điểm hạn chế rất
lớn của bù cứng.
Khi lƣới điện có biến thiên cơng suất cao Pmax/Pmin lớn, TBA có cơng
suất Pmax >80%; TBA có cơng suất Pmin<30%; thì phƣơng pháp bù cứng chỉ
đáp ứng hệ số công suất Cosφ (PF) theo quy định chủ yếu vào thời gian cao
điểm, ngoài thời gian này công suất bù bị quá (bù thừa). Việc bù cứng tại nhiều
thời điểm không đáp ứng đƣợc yêu cầu của vận hành và gây tổn thất... Mặt khác,
các bộ tụ bù cứng phải làm việc liên tục, dài hạn (tụ đƣợc đóng, cắt do ngƣời thợ
vận hành thực hiện) dẫn đến tuổi thọ của bộ tụ bị sụt giảm đáng kể, các bộ tụ
thƣờng chỉ vận hành đƣợc 1 đến 2 năm đã trục trặc, hƣ hỏng. Đặc biệt vào thời
điểm mùa hè, khi tải sử dụng nhiều thiết bị dân dụng (bếp từ, máy bơm, điều
hòa…) gây ra sự biến động liên tục hệ số PF. Tuy nhiên, phƣơng pháp bù cứng
16