ảnh hưởng của nguồn điện phân tán các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của lưới trung áp
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.49 MB, 145 trang )
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
==========
NGUYỄN THỊ DIỆU THÚY
ẢNH HƯỞNG CỦA NGUỒN ĐIỆN
PHÂN TÁN TỚI CÁC CHỈ TIÊU KINH
TẾ KỸ THUẬT CỦA LƯỚI TRUNG CÁP
LUẬN VĂN THẠC SĨ THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN
Thái Nguyên - 2010
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
==========
NGUYỄN THỊ DIỆU THÚY
ẢNH HƯỞNG CỦA NGUỒN ĐIỆN
PHÂN TÁN TỚI CÁC CHỈ TIÊU KINH
TẾ KỸ THUẬT CỦA LƯỚI TRUNG CÁP
LUẬN VĂN THẠC SĨ THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN
Thái Nguyên - 2010
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
2
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan những vấn đề được trình bày trong bản luận văn này là
những nghiên cứu của riêng cá nhân tôi, có tham khảo một số tài liệu và bài báo của
các tác giả trong và ngoài nước đã được xuất bản. Tôi xin hoàn toàn chịu trách
nhiệm nếu có sử dụng lại kết quả của người khác.
Tác giả
Nguyễn Thị Diệu Thuý
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
3
LỜI CẢM ƠN
Để có thể hoàn thành luận văn tốt nghiệp này, ngoài sự nỗ lực của bản thân,
còn phải kể đến những sự giúp đỡ tận tình của các thầy cô, bạn bè và gia đình.
Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới PGS - TS Trần Bách, người đã giúp đỡ tôi
rất nhiều trong quá trình tôi thực hiện luận văn của mình. Xin cảm ơn các thầy cô đã
có những góp ý qúy báu về nội dung của đề tài. Đồng thời tôi cũng xin gửi tới các
bạn bè, đồng nghiệp đã cùng tôi trao đổi và giúp tôi tháo gỡ nhiều vướng mắc trong
quá trình thực hiện.
Cuối cùng tôi xin gửi tới gia đình và người thân, những người luôn bên cạnh
tôi, là chỗ dựa tinh thần giúp tôi vượt qua những khó khăn trong thời gian qua.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
4
MỤC LỤC
Nội dung
Trang
Trang phụ bìa
1
Lời cam đoan
2
Lời cảm ơn
3
Mục lục
4
Danh mục các ký hiệu, chữ viết tắt
6
Danh mục các bảng biểu
7
Danh mục các hình vẽ, đồ thị
8
Mở đầu
10
Chƣơng 1: Giới thiệu về lƣới trung áp
12
1.1. Phân loại lưới điện
12
1.2. Công nghệ phân phối điện trung áp
14
1.3. Sơ đồ lưới phân phối điện trung áp
16
1.4. Các chế độ làm việc và yêu cầu của lưới điện phân phối
21
Chƣơng 2: Tổng quan về nguồn điện phân tán
25
2.1. Định nghĩa và đặc điểm công nghệ
25
2.2. Một số dạng nguồn điện phân tán
27
Chƣơng 3: Ảnh hƣởng của nguồn điện phân tán tới các chỉ tiêu
kinh tế - kỹ thuật của lƣới trung áp
42
3.1. Khái quát chung
42
3.2. Tổn thất công suất trên lưới
43
3.3. Các vấn đề về điện áp
46
3.4. Vấn đề về dòng điện sự cố và bảo vệ rơle
53
3.5. Độ tin cậy cung cấp điện
60
3.6. Vấn đề kinh tế và môi trường
65
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
5
3.7. Đánh giá ảnh hưởng của DG bằng hệ số đa mục tiêu
67
Chƣơng 4: Tính toán áp dụng, phân tích ả nh hƣở ng củ a DG đế n
chấ t lƣợ ng điệ n á p và tổn thất điện năng trên lƣớ i điệ n
72
4.1. Bài toán phân bố dòng công suất
72
4.2. Hiệu quả của DG trong việc cải thiện chất lượng điện áp và giảm
tổn thất điện năng trên đường dây
77
4.3. Tnh toán áp dụng cho lưới điện thực tế
78
Kết luận
93
Phụ lục, dữ liệu và kết quả tính toán
95
Tóm tắt
133
Tài liệu tham khảo
134
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
6
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu, chữ viết tắt
Nghĩa tiếng việt
CC
Cầu chì
CHP
Đồng phát nhiệt điện
DG
Nguồn điện phân tán
ĐSK
Điện sinh khối
FCL
Thiết bị hạn chế dòng sự cố
GA
Thuật toán di truyền
LPP
Lưới điện phân phối
MBA
Máy biến áp
MPĐ
Máy phát điện
MPĐB
Máy phát điện đồng bộ
MPKĐB
Máy phát điện không đồng bộ
TBA
Trạm biến áp
TĐL
Tự đóng lặp lại
TĐN
Thuỷ điện nhỏ
WF
Trang trạigió
WT
Tuabin gió
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
7
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Danh mục
Trang
Bảng 1.1. Hệ số thống kê cho một số phụ tải thông dụng
24
Bảng 2.1. Dãy công suất tương ứng của các công nghệ nguồn phân tán
26
Bảng 4.1. Số liệu lưới thử nghiệm
79
Bảng 4.2. Độ cải thiện điện áp sau khi kết nối DG
86
Bảng 4.3. Mức giảm tổn thất công suất sau khi kết nối DG
89
Bảng 4.4. Hệ số đánh giá phương án (IMO)
92
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
8
DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Danh mục
Trang
Hình 1.1. Lưới điện 3 pha 3 dây
14
Hình 1.2. Lưới điện 3 pha 4 dây
16
Hình 1.3. Các loại sơ đồ lưới điện trung áp
18
Hình 1.4. Các loại sơ đồ trung áp trên không
19
Hình 2.1. Điểm kết nối (CP) và điểm kết nối chung (PCC)
27
Hình 2.2. Mặt cắt dọc hộp tổ hợp tuabin - máy phát điện gió
28
Hình 2.3. Sơ đồ nguyên lý của loại tuabin gió tốc độ không đổi
30
Hình 2.4. Sơ đồ nguyên lý của loại tuabin gió DFIG
32
Hình 2.5. Sơ đồ nguyên lý của loại tuabin gió kết nối trực tiếp
33
Hình 2.6. Sơ đồ nguyên lý hệ thống năng lượng mặt trời
35
Hình 2.7. Mô hình nhà máy thủy điện nhỏ
37
Hình 2.8. Mô hình cung cấp điện sử dụng kh Biogass
39
Hình 2.9. Nhà máy điện địa nhiệt
40
Hình 3.1. DG làm giảm công suất trên đoạn lưới từ hệ thống tới
43
Hình 3.2. Phân bố hợp lý các DG trên lưới sẽ giảm được tổn thất so với
đặt tập trung
45
Hình 3.3. Điện áp nút tăng lên tại nút có đấu nối DG
48
Hình 3.4. Ảnh hưởng của DG tới sự phối hợp giữa các bảo vệ
55
Hình 3.5. Sự phối hợp giữa TĐL và CC trên lưới điện hình tia
57
Hình 3.6. DG làm việc song song với lưới
61
Hình 3.7. Chế độ vận hàn cô lập của DG làm tăng độ tin cậy CCĐ
61
Hình 3.8. Cách thức đặt TĐL có thể làm tăng độ tin cậy của lưới
62
Hình 4.1. Lưới điện phân phối
78
Hình 4.2. Biểu đồ điện áp nút trên lưới điện
81
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
9
Hình 4.3. TH1: Mức độ thâm nhập của P
DG
= 30%P
L
đấu vào nút 43
82
Hình 4.4. TH2: Mức độ thâm nhập của P
DG
= 50%P
L
đấu vào nút 43
82
Hình 4.5. TH3: Mức độ thâm nhập của P
DG
= 100%P
L
đấu vào nút 43
83
Hình 4.6. TH4: Mức độ thâm nhập của P
DG
= 30%P
L
đấu vào nút 43, 52
83
Hình 4.7. TH5: Mức độ thâm nhập của P
DG
= 30%P
L
đấu vào nút 43, 52, 25
84
Hình 4.8. TH6: Mức độ thâm nhập của P
DG
= 50%P
L
đấu vào nút 43, 52
84
Hình 4.9. TH7: Mức độ thâm nhập của P
DG
= 50%P
L
đấu vào nút 43, 52, 25
85
Hình 4.10. TH8: Mức độ thâm nhập của P
DG
= 100%P
L
đấu vào nút 43, 52
85
Hình 4.11.TH9: Mức độ thâm nhập của P
DG
= 100%P
L
đấu vào nút 43,52,25
86
Hình 4.12: Điện áp các nút tăng dần theo mức độ thâm nhập của DG
88
Hình 4.13: Điện áp các nút tăng dần mức độ phân tán của DG
88
Hình 4.14: Biểu đồ mô tả mức độ cải thiện điện áp khi lưới có kết nối DG
89
Hình4.15:Biểu đồ mô tả mức giảm tổn thất công suất khi lưới có kết nối DG
90
Hình 4.16: Tổn thất công suất trên lưới khi thay đổi mức độ phân tán của
DG (P
DG
= 30%P
L
)
90
Hình 4.17: Tổn thất công suất trên lưới khi thay đổi mức độ thâm nhập của
DG [P
DG
= (30, 50, 100)%P
L
]
91
Hình 4.18: Áp dụng hệ số đa mục tiêu để lựa chọn phương án
92
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
10
MỞ ĐẦU
Trong hệ thống điện ngày nay trên khắp thế giới ngày càng có nhiều hơn các
nguồn năng lượng mới, các nguồn năng lượng tái tạo có công suất nhỏ kết nối vào
lưới. Đối với lưới điện Việt Nam, xu thế đó cũng đang ngày càng phát triển, đó là
sự phát triển tất yếu của lưới điện do nhu cầu điện năng ngày càng tăng cao của các
phụ tải điện.
Tuy nhiên, trong quá trình phát triển hệ thống điện Việt Nam, sự xuất hiện của
nguồn điện phân tán (DG) trong lưới điện phân phối cũng kéo theo một số vấn đề
nảy sinh khi bản thân các lưới phân phối chưa đáp ứng được sự gia tăng của nguồn
và tải. Sự kết nối DG vào lưới có thể làm thay đổi dòng công suất trên lưới, ảnh
hưởng tới tổn thất điện áp và tổn thất công suất trên lưới, ảnh hưởng tới dòng sự cố
và độ tin cậy cung cấp điện của lưới. Với sự tăng lên về mức độ thâm nhập của DG,
vấn đề về chất lượng điện áp có thể dễ dàng được khắc phục. Khi số lượng DG
được kết nối với lưới điện tăng lên, hướng công suất trên lưới có thể thay đổi phụ
thuộc vào mức phát và tiêu thụ ở từng thời điểm cụ thể. Điều này có thể làm giảm
tổn thất công suất trên lưới. Bên cạnh đó, sự kết nối DG còn kéo theo một số ảnh
hưởng khác về môi trường và vấn đề kinh tế (đầu tư cải tạo, xây dựng mới hoặc
nâng cấp lưới).
Chính vì những lý do đó, luận văn này sẽ đi vào trình bày những ảnh hưởng
của DG tới các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của lưới điện, trong đó tập trung vào mối
quan hệ giữa mức độ thâm nhập và vị trí kết nối của DG trên lưới điện với vấn đề
về điện áp và tổn thất công suất trên lưới thông qua việc sử dụng phần mềm
Delphi7. Những kết luận có liên quan sẽ được đưa ra để phù hợp cho từng đối tượng
như thiết kế, vận hành và khai thác lưới điện. Tuy nhiên, luận văn không đề cập tới
vấn đề vị trí kết nối tối ưu của DG vào lưới điện bởi vì trên thực tế vị trí của DG đã
được xác định và phần nào là cố định tuỳ thuộc vào tiềm năng của các nguồn nhiên
liệu sơ cấp (gió, mặt trời, sông ngòi )
Mục tiêu của luận văn
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
11
- Phân tích ảnh hưởng của DG tới các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của lưới điện
trung áp.
- Đi sâu tính toán và phân tích ảnh hưởng của DG trong việc cải thiện chất
luợng điện áp và giảm tổn thất công suất trên lưới.
- Sử dụng phần mềm Delphi7 trong tính toán. Áp dụng với lưới trung áp tỉnh
Hà Giang, cụ thể tính toán cho lộ đường dây 372 trạm 110kV Thị xã Hà Giang.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
12
CHƢƠNG 1
GIỚI THIỆU VỀ LƢỚI TRUNG ÁP
Lưới điện bao gồm các nhà máy điện, trạm biến áp, các đường dây tải điện và
các thiết bị khác (như thiết bị điều khiển, tụ bù, thiết bị bảo vệ…) được nối liền với
nhau thành hệ thống làm nhiệm vụ sản xuất truyền tải và phân phối điện năng [1].
1.1. Phân loại lƣới điện
Lưới điện được chia thành các loại theo tnh chất kỹ thuật, đối tượng phục vụ
hoặc phương pháp nghiên cứu:
1.1.1. Theo tính chất dòng điện
- Lưới điện xoay chiều
- Lưới điện một chiều.
Lưới điện hiện nay trên thế giới chủ yếu là xoay chiều, hệ thống điện một
chiều mới được áp dụng hạn chế trong một số nước.
1.1.2. Theo chức năng
- Lưới hệ thống: Nối liền các nhà máy điện và các trạm trung gian khu vực tạo
thành hệ thống điện, lưới điện này có yêu cầu độ tin cậy rất cao nên có nhiều mạch
vòng kn và vận hành kn. Lưới điện hệ thống có điện áp cao và siêu cao.
- Lưới truyền tải: Tải điện từ các nhà máy điện hoặc các trạm khu vực đến các
trạm trung gian địa phương, lưới điện này có mạch vòng kn đơn giản và có thể vận
hành kn hoặc hở. Lưới điện này có điện áp 35, 110 hoặc 220kV
- Lưới phân phối trung áp: Đưa điện năng từ các nguồn điện hay các trạm
trung gian (địa phương hay khu vực) đến các trạm phân phối phụ tải (gọi tắt là trạm
phân phối hay trạm phụ tải).
Lưới phân phối trung áp (phạm vi nghiên cứu của đề tài - sau đây gọi tắt là
Lưới điện phân phối - LPP) làm nhiện vụ phân phối điện năng từ các trạm trung
gian (hoặc trạm khu vực hoặc thanh cái nhà máy điện) cho các phụ tải.
Lưới phân phối gồm hai phần:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
13
- Lưới phân phối trung áp có điện áp 6, 10, 15, 22, 35kV phân phối điện cho
các trạm phân phối trung áp/ hạ áp và các phụ tải trung áp.
- Lưới hạ áp cấp điện cho các phụ tải hạ áp 380/220V
Các động cơ công suất lớn và lò điện dùng trực tiếp điện áp 6 10kV, còn
tuyệt đại các bộ phận phụ tải dùng điện áp 0,4kV
Lưới phân phối có nhiệm vụ chnh trong việc đảm bảo chất lượng phục vụ phụ
tải (bao gồm chất lượng điện áp và độ tin cậy cung cấp điện).
Lưới phân phối có cấu trúc kn nhưng vận hành hở (lưới phân phối K/H). Khi
sự cố phần lưới phân phối sau máy cắt gần điểm sự cố nhất về pha nguồn bị cắt
điện, sau khi cô lập đoạn lưới sự cố, phần lưới tốt còn lại sẽ được đóng điện để tiếp
tục vận hành. Chỉ có đoạn lưới sự cố bị mất điện cho đến khi sửa chữa xong. Phụ tải
đặc biệt cần độ tin cậy cao được dự phòng riêng bằng đường dây trung áp hay hạ áp.
Phụ tải của lưới phân phối có độ đồng thời thấp.
Các khối cơ bản của LPP là:
- Trạm biến áp trung gian, biến đổi điện năng sơ cấp máy biến áp (MBA) ở các
cấp điện áp cao (110kV, 220kV) cấp cho các LPP địa phương và thường là nâng
cao khả năng điều chỉnh điện áp cho lưới cao áp pha sơ cấp MBA.
- Lưới phân phối trung áp thường được thiết kế dưới dạng đường dây trên
không hoặc cáp ngầm, có cấp điện áp 6, 10, 15, 22, 35kV, được thiết kế phù hợp với
địa hình từng khu vực và cấp điện cho các trạm biến áp phân phối hạ áp.
- Trạm biến áp phân phối hạ áp, với mật độ dày đặc trên LPP, biến đổi điện
năng từ cấp điện áp trung áp xuống cấp điện áp 0,4kV cấp điện trực tiếp cho phụ tải.
1.1.3. Theo điện áp
- Lưới điện cao và siêu cao áp;
- Lưới điện trung áp;
- Lưới điện hạ áp.
1.1.4. Theo phạm vi hoạt động
- Lưới điện đô thị;
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
14
- Lưới điện nông thôn;
- Lưới điện x nghiệp và dân dụng.
1.1.5. Theo công nghệ
- Lưới điện trên không;
- Lưới cáp
1.1.6. Theo sự phát triển
- Lưới điện phát triển hay lưới điện động: là lưới điện cung cấp điện cho phụ
tải luôn phát triển theo thời gian và không gian.
- Lưới điện bão hòa hay lưới điện tĩnh: cung cấp điện cho phụ tải cố định,
không phát triển theo thời gian và không gian.
1.2. Công nghệ phân phối điện trung áp
Hiện tại có hai loại công nghệ lưới phân phối điện trung áp được sử dụng trên
thế giới và ở Việt Nam.
1.2.1. Lƣới phân phối điện 3 pha 3 dây (3p3)
Lưới này chỉ có 3 dây pha, các máy biến áp phân phối được cấp điện bằng điện áp dây.
Hình 1.1: Lưới điện 3 pha 3 dây
Khó khăn về kỹ thuật của lưới điện này là khi một pha chạm đất, nếu dòng
điện chạm đất do điện dung của các pha đối với đất lớn sẽ xảy ra dập hồ quang lặp
lại, hiện tượng này gây ra quá điện áp khá lớn (đến 3,5 lần U
đm
pha) có thể làm
hỏng cách điện của đường dây hoặc máy biến áp.
Để khắc phục người ta phải nối đất trung tnh của các cuộn dây trung áp, đây
là nối đất kỹ thuật (cùng với nối đất lưới cao áp, gọi chung là nối đất làm việc).
MBA nguồn
Đường trục pha 3 dây
MBA
phụ tải 3 pha
Nhánh
3 pha
MBA
phụ tải 2 pha
Nhánh
2 pha
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
15
Trung tnh của pha trung áp được nối đất theo một trong các cách sau: Trung
tnh nối đất trực tiếp (Z=0), trung tnh cách đất (Z=), trung tnh nối đất qua điện
trở hoặc điện kháng (Z=R hoặc Z=R+jX), hoặc nối đất qua cuộn dập hồ quang
(Petersen) [1]
- Trung tnh nối đất trực tiếp (Z=0): Loại trừ hiện tượng hồ quang lặp lại bằng
cách cắt ngay đường dây vì lúc này chạm đất sẽ gây ra dòng ngắn mạch rất lớn. Bất
lợi của cách nối đất này là độ tin cậy cung cấp điện giảm do khi chạm đất một pha cũng
tương đương là ngắn mạch một pha, lưới sẽ bị cắt điện để đảm bảo an toàn cho thiết bị trên
lưới. Dòng điện ngắn mạch quá lớn gây nguy hại cho lưới điện và gây nhiễu thông tin.
- Trung tnh cách đất (Z=): Ưu điểm của trung tnh cách đất là khi bị chạm
đất một pha thì lưới vẫn có thể vận hành do đó lưới này có độ tin cậy cao. Tuy
nhiên, loại trung tnh này chỉ có thể áp dụng cho lưới điện có dòng chạm đất do điện
dung gây ra nhỏ hơn giá trị giới hạn. Vì cách điện của lưới điện phải chịu được điện
áp dây nên sẽ bị ảnh hưởng rất lớn khi xảy ra hiện tượng chạm đất một pha do điện
áp các pha còn lại có thể tăng cao gây quá áp và cộng hưởng. Đồng thời làm tăng
giá thành lưới điện (nhất là lưới cáp).
- Trung tnh nối đất qua điện trở hoặc điện kháng (Z=R hoặc Z=R+jX): điện
trở hoặc điện kháng nhằm giảm dòng ngắn mạch xuống mức cho phép. Biện pháp
này được dùng phổ biến cho lưới phân phối 22kV.
- Trung tnh nối đất qua cuộn dập hồ quang: điện kháng của cuộn dập hồ
quang (còn gọi là cuộn Petersen) tạo ra dòng điện điện cảm triệt tiêu dòng điện điện
dung khi chạm đất làm cho dòng điện tổng đi qua điểm chạm đất nhỏ đến mức
không gây ra hồ quang lặp lại. Do đó khi xảy ra chạm đất một pha lưới điện vẫn vận
hành được. Lợi ch của biện pháp này là: Dập nhanh hồ quang khi chạm đất một
pha, dòng chạm đất rất nhỏ có khi bị triệt tiêu, độ sụt áp nhỏ, không gây nhiễu
đường dây điện thoại…Bên cạnh những lợi ch trên thì phương pháp này vẫn có
những nhược điểm: khi chạm đất các pha lành phải chịu điện áp dây, sự cố cách
điện có thể gây ra hồ quang dao động gây quá áp trên cách điện các pha lành, cuộn
dập hồ quang phải điều chỉnh được để thch nghi với cấu trúc vận hành thay đổi của
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
16
lưới, sơ đồ bảo vệ sự cố chạm đất phức tạp và khó tìm chỗ sự cố, giá thành cao và đòi
hỏi bảo quản thường xuyên liên tục.
Trên thực tế lưới điện trên không 6-10kV không phải nối đất, lưới cáp thì phải
tnh toán cụ thể, lưới điện 22kV trở lên nhất định phải nối đất theo một trong các cách trên.
1.2.2. Lƣới phân phối điện 3 pha 4 dây (3p4)
Lưới này ngoài 3 dây pha còn có dây trung tnh, các máy biến áp được phân
phối được cấp điện bằng điện áp dây (máy biến áp 3 pha) và điện áp pha (máy biến
áp 1 pha). Trung tnh của các cuộn dây trung áp được nối đất trực tiếp. Đối với loại
lưới điện này khi chạm đất là ngắn mạch.
Hình 1.2: Lưới điện 3 pha 4 dây
1.3. Sơ đồ lƣới phân phối điện trung áp
Lưới điện phân phối với mật độ khá dày đặc, là lưới trung gian kết nối giữa
các trạm biến áp trung gian (nguồn) và các khách hàng tiêu thụ điện năng (phụ tải).
a) Lưới phân phối hình tia: lưới này có ưu điểm là rẻ tiền nhưng độ tin cậy thì rất thấp.
b) Lưới phân phối hình tia phân đoạn: độ tin cậy cao hơn. Phân đoạn lưới pha
nguồn có độ tin cậy cao do sự cố hay dừng điện công tác các đoạn lưới pha sau vì
nó ảnh hưởng t đến các phân đoạn trước. Nếu thiết bị phân đoạn là máy cắt thì
không ảnh hưởng, nếu là dao cách ly thì ảnh hưởng trong thời gian đổi nối
lưới điện.
c) Lưới phân phối kn vận hành hở (lưới K/H) do một nguồn cung cấp: có độ
tin cậy cao hơn nữa do mỗi phân đoạn được cấp điện từ hai pha. Lưới điện này có
thể vận hành kn cho độ tin cậy cao hơn nhưng phải trang bị máy cắt và thiết bị bảo
MBA nguồn
Đường trục pha 4 dây
MBA
phụ tải 1 pha
MBA
phụ tải 1 pha
Nhánh 1 pha
+ trung tính
Nhánh 2 pha
+ trung tính
Nối đất lặp lại
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
17
vệ có hướng nên đắt tiền. Vận hành hở độ tin cậy thấp hơn một chút do phải thao tác
khi sự cố nhưng rẻ tiền, có thể dùng dao cách ly tự động hay điều khiển từ xa.
d) Lưới phân phối kn vận hành hở cấp điện từ 2 nguồn độc lập. Lưới điện này
phải vận hành hở vì không đảm bảo điều kiện vận hành song song lưới điện ở các
điểm phân đoạn, khi thao tác có thể gây ngắn mạch.
e) Lưới điện kiểu đường trục, cấp điện cho một trạm cắt hay một trạm biến áp,
từ đó có các đường dây cấp điện cho các trạm biến áp phụ tải. Trên các đường dây
cấp điện không có nhánh rẽ, loại này có độ tin cậy cao. Loại này hay dùng để cấp
điện cho các x nghiệp hay các nhóm phụ tải xa trạm nguồn và có yêu cầu công suất lớn.
f) Lưới điện có đường dây dự phòng chung: có nhiều đường dây phân phối
được dự phòng chung bởi một đường dây dự phòng. Lưới điện này có độ tin cậy
cao và rẻ hơn là kiểu một đường dây dự phòng cho một đường dây như ở trên. Loại
này được dùng tiện lợi cho lưới điện cáp ngầm.
Lưới điện trong thực tế là tổ hợp của 5 loại lưới điện trên. Áp dụng cụ thể cho
lưới điện trên không hay lưới điện cáp ngầm khác nhau và ở mỗi hệ thống điện có
kiểu sơ đồ riêng.
Lưới điện có thể điều khiển từ xa nhờ hệ thống SCADA và cũng có thể được
điều khiển bằng tay. Các thiết bị phân đoạn phải là loại không đòi hỏi bảo dưỡng
định kỳ và xác suất sự cố rất nhỏ đến mức coi như tin cậy tuyệt đối.
g) Hệ thống phân phối điện: đây là dạng cao cấp nhất và hoàn hảo nhất của
lưới phân phối trung áp. Lưới điện có nhiều nguồn, nhiều đường dây tạo thành các
mạch kn có nhiều điểm đặt thiết bị phân đoạn. Lưới điện bắt buộc phải điều khiển
từ xa với sự trợ giúp của máy tnh và hệ thống SCADA. Hiện đang nghiên cứu loại
điều khiển hoàn toàn tự động.
Các điểm cắt được chọn theo điều kiện tổn thất điện năng nhỏ nhất cho chế độ
bình thường, chọn loại theo mùa trong năm và chọn theo điều kiện an toàn cao nhất
khi sự cố.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
18
d)
Nguồn 1
Nguồn 2
Nguồn 3
Nguồn 4
TBPĐ
Nguồn
Nguồn
ĐD
TBPĐ
Nguồn
ĐD
TBPĐ ĐD
ĐD
TBPĐ ĐD
TBPĐ
Nguồn 1
ĐD
TBPĐ ĐD
ĐD
TBPĐ ĐD
TBPĐ
Nguồn 2
Nguồn
ĐD1
ĐD2
TBPĐ
Đường dây dự phòng
Nguồn
b)
a)
c)
e)
f)
g)
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
19
1.3.1. Sơ đồ lƣới phân phối trung áp trên không
Lưới phân phối trên không sử dụng ở nông thôn là nơi có phụ tải phân tán với
mật độ phụ tải không cao, việc đi dây trên không không bị hạn chế vì điều kiện an
toàn hay mỹ quan. Ở lưới phân phối trên không có thể dễ dàng nối các dây dẫn với
nhau, các đường dây khá dài và việc tìm kiếm điểm sự cố không khó khăn như với
lưới phân phối cáp. Lưới phân phối nông thôn không đòi hỏi về độ tin cậy cao như
TBPĐ
TBPĐ
TBPĐ
Trạm trung
gian khác
TBPĐ
TBPĐ
TBPĐ
2
1
Trạm
trung
gian
a)
b)
c)
Hình 1.3: Các loại sơ đồ lưới điện trung áp
a) Lưới phân phối hình tia
b) Lưới phân phối hình tia phân đoạn
c) Lưới phân phối kín vận hành hở
d) Lưới phân phối kín vận hành hở cấp điện từ 2 nguồn độc lập
e) Lưới điện kiểu đường trục
f) Lưới điện có đường dây dự phòng chung
g) Hệ thống phân phối điện
Hình 1.4: Các loại sơ đồ trung áp trên không
a) Lưới hình tia
b) Lưới hình tia phân đoạn
c) Lưới kín vận hành hở
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
20
với lưới phân phối thành phố. Vì thế lưới phân phối trên không có sơ đồ hình tia, từ
trạm nguồn có nhiều trục chnh đi ra cấp điện cho từng nhóm trạm phân phối. Các
trục chnh được phân đoạn để tăng độ tin cậy, thiết bị phân đoạn có thể là máy cắt,
máy cắt có tự đóng lại có thể tự động cắt ra khi sự cố và điều khiển từ xa. Giữa các
trục chnh của một trạm nguồn hoặc của các trạm nguồn khác nhau có thể được nối
liên thông để dự phòng khi sự cố hoặc khi ngừng điện kế hoặc 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.
Dây dẫn của đường trục phải được kiểm tra theo điều kiện sự cố để có thể tải
điện dự phòng cho các trục khác bị sự cố.
1.3.2. Sơ đồ lƣới phân phối cáp trung áp
Lưới phân phối cáp trung áp được dùng ở thành phố có mật độ phụ tải cao, do
đó lưới ngắn. Ở đầu đường dây cáp có thể phải đặt thêm kháng điện để giảm dòng
điện ngắn mạch.
Lưới cáp có cấu tạo phức tạp hơn lưới trên không. Do việc phát hiện điểm sự
cố và sửa chữa cáp khó hơn đường dây trên không nên lưới cáp có sơ đồ cơ bản là
kn vận hành hở. Cáp được chôn trong đất hoặc trong các mương cáp chỉ ngóc lên
mặt đất trong trạm phân phối và được nối qua 2 dao cách ly nối tiếp. Một trong số
dao này mở để vận hành hở.
Lưới cáp đô thị có nhiều dạng phức tạp nhằm nâng cao độ tin cậy với giá rẻ.
1.3.3. Sơ đồ hệ thống phân phối điện
Hệ thống phân phối điện bao gồm nhiều trạm trung gian được nối liên thông
với nhau bởi mạng lưới đường dây phân phối tạo thành nhiều mạch vòng kn. Hệ
thống phân phối điện được điều khiển thống nhất trong vận hành bằng hệ thống
điều khiển từ xa có sự trợ giúp của máy tnh điện tử và tiến tới được điều khiển tự
động hoàn toàn bằng máy tnh điện tử. Hệ thống phân phối điện cho phép vận hành
kinh tế lưới điện trong trạng thái bình thường và rất linh hoạt trong tình trạng sự cố,
đảm bảo độ tin cậy rất cao. Điểm cắt lưới để vận hành hở được thay đổi thường
xuyên trong quá trình vận hành khi đồ thị phụ tải thay đổi, sơ đồ vận hành tối ưu
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
21
được máy tnh điện tử tnh toán ra từ các số liệu đo xa đặt trên các điểm kiểm tra
của hệ thống phân phối điện. Khi xảy ra sự cố, máy tnh điện tử cũng tnh cho ngay
phương án vận hành thay thế tốt nhất. Nhân viên vận hành thực hiện các sơ đồ tối
ưu bằng các thiết bị điều khiển từ xa.
Chú ý rằng nếu không có điều khiển và đo lường từ xa thì vẫn có thể vận hành
kinh tế nhưng theo mùa trong năm. Người ta tnh chọn sơ đồ vận hành tối ưu cho
khoảng thời gian trong đó phụ tải gần giống nhau (thường là trong từng mùa do
điều kiện kh hậu các ngày giống nhau) sau đó thao tác các thiết bị phân đoạn để
thực hiện.
1.4. Các chế độ làm việc và yêu cầu của lƣới điện phân phối
1.4.1. Định nghĩa chế độ làm việc
Tập hợp các quá trình điện xảy ra trong một thời điểm hoặc một khoảng thời
gian vận hành gọi là chế độ của hệ thống điện. Đặc trưng của chế độ là các thông số
chế độ U, I, P, Q, … Các thông số này luôn biến đổi theo thời gian, là hàm số của
thời gian. Tùy theo sự biến đổi của các thông số chế độ theo thời gian và dựa vào sự
biến thiên này để phân chia chế độ làm việc của lưới điện.
1.4.1.1. Chế độ xác lập
Chế độ xác lập là chế độ trong đó các thông số biến đổi nhỏ quanh giá trị trung
bình nên có thể xem như là hằng số.
Chế độ làm việc cơ bản của lưới điện là chế độ làm việc xác lập bình thường,
trong đó lưới điện cung cấp điện cho phụ tải điện với cấu trúc đầy đủ và chất lượng
điện năng đạt yêu cầu.
Chế độ xác lập có thể là chế độ xác lập đối xứng hoặc không đối xứng. Đối với
LPP (3 pha 3 dây) thì chế độ làm việc chủ yếu là chế độ đối xứng vì phụ tải được
cấp qua MBA 3 pha và pha hạ áp các hộ dùng điện được phân đều cho các pha,
Trong các chế độ xác lập thì các chế độ sau được quan tâm hơn cả:
- Chế độ max: là chế độ dùng để chọn hoặc kiểm tra kỹ thuật dây dẫn và thiết
bị phân phối điện, tnh tổn thất công suất và tổn thất điện năng. Trên lưới phân phối,
chế độ max của từng phần tử và chế độ max chung của lưới điện (mức điện áp trên
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
22
lưới là thấp nhất, tổn thất công suất là lớn nhất) là không trùng nhau về thời gian vì
công suất yêu cầu lớn nhất của từng phụ tải không xảy ra đồng thời.
- Chế độ min: là chế độ của lưới điện trong đó mức điện áp trên lưới là cao
nhất, với trường hợp riêng là chế độ không tải.
- Chế độ xác lập sau sự cố: là khi một hay hơn một phần tử lưới điện bị sự cố
không tham gia vận hành. Chế độ sự cố ở thời điểm max chung được quan tâm chính.
1.4.1.2. Chế độ quá độ
Chế độ quá độ là chế độ trong đó các thông số chế độ biến đổi theo thời gian.
- Chế độ quá độ bình thường xảy ra khi phụ tải biến đổi giá trị yêu cầu do quy
luật sinh hoạt và sản xuất, khi đó điện áp cũng biến đổi theo và được điều chỉnh bởi
thiết bị điều chỉnh điện.
- Chế độ quá độ sự cố xảy ra khi ngắn mạch, chạm đất pha…trong chế độ này
dòng điện và điện áp biến đổi mạnh, lưới điện có thể phải cắt bộ phận sự cố để đảm
bảo an toàn, đưa lưới điện về chế độ xác lập sau sự cố.
1.4.2. Các yêu cầu của lƣới điện phân phối
Lưới điện phân phối có mật độ khá dày đặc, cung cấp điện năng cho phụ tải
với chất lượng điện năng đảm bảo, độ tin cậy cao, an toàn và đem lại cho doanh
nghiệp kinh doanh điện lợi nhuận cao nhất trong toàn bộ thời gian vận hành:
- Chất lượng điện năng bao gồm chất lượng điện áp và chất lượng tần số, phải
đảm bảo chúng thỏa mãn các tiêu chuẩn về độ lêch và độ dao động. Riêng với điện
áp, nó còn phải đảm bảo độ không đối xứng và độ không sin.
- An toàn điện gồm có an toàn cho thiết bị phân phối điện, cho hệ thống điện,
cho người vận hành và người dùng điện.
- Độ tin cậy cung cấp điện cao, cần được xem xét chọn mức tin cậy hợp lý về
kinh tế, thể hiện trong việc lựa chọn phương án lưới điện.
- Tổn thất điện năng trên lưới là nhỏ nhất.
Bên cạnh đó, khả năng tải của lưới điện cũng cần được đảm bảo, đó là dòng
điện hoặc dòng công suất mà đường dây hoặc MBA tải được mà không vi phạm các
tiêu chuẩn kỹ thuật. Trên LPP, khả năng tải được tnh theo phát nóng và điều kiện
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
23
điện áp, tổn thất điện áp trên đường dây phải nhỏ hơn giá trị cho phép, trong điều
kiện bình thường và sự cố, đảm bảo chất lượng điện áp ở phụ tải.
1.4. Phụ tải của lƣới điện phân phối
Phụ tải điện là công suất tác dụng (P) và phản kháng (Q) yêu cầu đối với lưới
điện ở điện áp và tần số danh định tại một điểm nào đó trên lưới điện (gọi là điểm
tải) và trong một khoảng thời gian nào đó.
Trong các giá trị của phụ tải thì quan trọng nhất là phụ tải cực đại (max) là
công suất yêu cầu lớn nhất đối với lưới điện trong một chu kỳ vận hành nhất định.
Giá trị phụ tải đó thường được lấy là giá trị trung bình lớn nhất trong vòng 30 phút
của đố thị phụ tải thực. Đây chnh là giá trị công suất gây nên tổn thất điện áp lớn
nhất trên lưới phân phối.
Lưới điện phân phối cung cấp điện tới một lượng lớn và đa dạng về các loại
phụ tải như: sinh hoạt, thương mại, công nghiệp, nông nghiệp và các thành phần
khác. Các phụ tải này có những tnh chất và đặc điểm riêng về điện tạo nên nhưng
đặc tnh khác nhau của các lộ đường dây cấp điện cho chúng. Và do đó các lộ
đường dây sẽ được phân loại theo từng loại phụ tải mà chúng cấp điện tới. Trong
một trạm trung gian với nhiều lộ xuất tuyến đó phụ thuộc vào phần trăm phụ tải trên
tổng số phụ tải được cấp điện [24].
Trên toàn bộ lưới thì đặc tnh phụ tải của lưới sẽ thay đổi theo số hộ phụ tải
được cấp điện từ lưới. Khi số hộ tiêu thụ tăng lên tức là mức ảnh hưởng của chúng
tới các chế độ của lưới điện sẽ giảm đi. Phụ tải trên lưới có thể được chia thành phụ
tải động, phụ tải nhiệt, phụ tải chiếu sáng và các tổn thất trên lưới.
Trong phạm vi 80120% điện áp định mức, thì sự phụ thuộc của các thành
phần phụ tải hỗn hợp vào điện áp có thể được mô tả thông qua quan hệ sau [24]:
dm
a
dm
P.
U
U
P
;
dm
b
dm
Q.
U
U
Q
(1.1)
Trong (1.1) a = 0,61,4 và b = 1,53,2, giá trị trung bình của a = 1 và b = 2 có
thể sử dụng trong những trường hợp chung, có nghĩa là công suất tác dụng tiêu thụ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
24
tỉ lệ bậc nhất với điện áp trong khi công suất phản kháng yêu cầu của phụ tải lại
thay đổi theo bình phương điện áp.
Một trong những đặc điểm của phụ tải là biến đổi theo tần số và điện áp tại
điểm nối vào lưới điện. Phụ tải cơ sơ có giá trị ở U
đm
và f
đm
. Khi điện áp và tần số
lệch khỏi định mức thì giá trị thực tế của phụ tải sẽ biến đổi theo quan hệ [1]:
qfqv
pfpv
)f.()U.(KqQ
)f.()U.(KpP
(1.2)
Trong đó, Kp và Kq là các hệ số phụ thuộc giá trị định mức của phụ tải. Còn
các hệ số pv, pf, qv và qf là các hệ số thống kê đặc trung cho các loại thiết bị dùng
điện. Bảng 1.1 liệt kê giá trị của một số phụ tải.
Bảng 1.1. Hệ số thống kê cho một số phụ tải thông dụng
Phụ tải
pv
pf
qv
qf
Đèn sợi đốt
1,6
0
0
0
Đèn huỳnh quang
1,2
3-1
-1
2,8
Máy sưởi (bình đun nước)
2,0
0
0
0
Động cơ KĐB ½ tải
0,2
1,6
1,5
-0,3
Động cơ KĐB đầy tải
0,1
0,6
2,8
1,8
Lò nung
1,9
2,1
-0,5
0
Nhà máy nhôm
1,8
2,2
-0,3
0,6
Khi có nhiều thiết bị điện dùng điện đối với một điểm tải, các hệ số pv, pf, qv
và qf có thể tnh theo phương pháp trung bình toán học như sau:
i
ii
P
Ppv
pv
(1.3)
Trong đó P
i
là công suất của phụ tải thứ i.
CHƢƠNG 2
TỔNG QUAN VỀ NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN
2.1. Định nghĩa và đặc điểm công nghệ
