Lựa chọn thông số cấu trúc và các giải pháp nâng cao chất lượng điện năng của hệ thống cung cấp điện đô thị

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO
TRƯỜNG ðẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------§§§---------

Nguyễn Tuyển Tâm

LỰA CHỌN THÔNG SỐ CẤU TRÚC VÀ CÁC GIẢI PHÁP
NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ðIỆN NĂNG CỦA HTCCððT

Chuyên ngành: Hệ thống ñiện

LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH ðIỆN
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS. TS ðặng Quốc Thống

Hà nội - 2008


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
MỞ ðẦU
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ QUY HOẠCH LỰA CHỌN CẤU TRÚC LƯỚI ðIỆN ðÔ
THỊ .........................................................................................................................1
1.1 Tổng quan về lưới ñiện ñô thị ...................................................................1
1.2 Xu hướng phát triển HTCCððT...............................................................5
1.3 Các phương pháp tính toán và quy hoạch lưới ñiện ñô thị .......................9
1.4 Lựa chọn các thông số cấu trúc HTCCððT ...........................................10
1.4.1 Các giả thiết và quy ước chung cho bài toán.....................................10
1.4.2 Lựa chọn cấu trúc hợp lý lưới hạ áp trong HTCCððT.....................13

1.4.3 Lựa chọn thiết diện và chiều dài cáp hạ áp........................................17
1.4.4 Lựa chọn cấu trúc hợp lý của các TBATG........................................22
CHƯƠNG 2
LỰA CHỌN THÔNG SỐ CẤU TRÚC LƯỚI ðIỆN HẠ ÁP ðÔ THỊ KHI XÉT
ðẾN CHỈ TIÊU GIÁ ðẤT ðÔ THỊ....................................................................26
2.1 ðặt vấn ñề................................................................................................26
2.2 Các giả thiết tính toán..............................................................................27
2.2.1 Lựa chọn sơ ñồ cấu trúc chung lưới hạ áp trong HTCCððT ...........27
2.2.2 Các giả thiết tính toán ........................................................................27


2.2.3 Lựa chọn thông số cấu trúc LHA theo các tiêu chuẩn kỹ thuật ........28
2.2.4 Lựa chọn các thông số cấu trúc LHA theo giản ñồ khoảng chia kinh
tế sử dụng hàm chi phí vòng ñời khi xét ñến chỉ tiêu giá ñất ñô thị..35
CHƯƠNG 3
LỰA CHỌN THÔNG SỐ CẤU TRÚC LƯỚI ðIỆN TRUNG ÁP ðÔ THỊ KHI
XÉT ðẾN CHỈ TIÊU GIÁ ðẤT ðÔ THỊ...........................................................46
3.1 ðặt vấn ñề................................................................................................46
3.2 Các giả thiết tính toán..............................................................................46
3.2.1 Lựa chọn sơ ñồ cấu trúc chung lưới trung áp trong HTCCððT.......46
3.2.2 Các giả thiết tính toán ........................................................................47
3.2.3 Lựa chọn thông số cấu trúc LTA .......................................................47
CHƯƠNG 4
LỰA CHỌN THÔNG SỐ CẤU TRÚC LƯỚI ðIỆN CAO ÁP ðÔ THỊ ...........62
4.1 ðặt vấn ñề................................................................................................62
4.2 Lựa chọn sơ ñồ cấu trúc tính toán lưới cao áp trong HTCCððT...........62
4.3 Các giả thiết tính toán..............................................................................65
4.4 Lựa chọn thông số cấu trúc lưới cao áp...................................................66
4.4.1 Chiều dài toàn bộ ñường dây cao áp..................................................66
4.4.2 Số lượng TBAKV và chiều dài 1 lộ ðDCA ......................................68

4.4.3 Chọn tiết diện ñường dây cao áp .......................................................69
4.4.4 Giản ñồ khoảng chia kinh tế lựa chọn công suất TBAKV ................76


CHƯƠNG 5
ðÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ðIỆN NĂNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO
CHẤT LƯỢNG ðIỆN NĂNG CỦA HỆ THỐNG CCððT...............................81
5.1 Khái niệm về chất lượng ñiện năng.........................................................81
5.2 Các tiêu chuẩn về chất lượng ñiện năng..................................................84
5.2.1 ðộ lệch ñiện áp ..................................................................................84
5.2.2 ðiều chỉnh ñiện áp theo ñộ lệch.........................................................85
5.3 Các giải pháp nâng cao chất lượng ñiện năng cho HTCCð ...................88
5.3.1 Nâng cao hệ số công suất cosφ ..........................................................88
5.3.2 Khái niệm về bù công suất phản kháng .............................................88
5.3.3 Bù tự nhiên công suất phản kháng.....................................................89
5.3.4 Bù nhân tạo công suất phản kháng ....................................................90
5.3.5 Bù công suất phản kháng bằng tụ ñiện ..............................................91
5.3.6 Những yêu cầu cơ bản khi bù công suất phản kháng ........................93
5.4 Ví dụ tính toán bù công suất phản kháng trong mạng phân phối............94
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
ðDCA

ðường dây cao áp

ðDHA

ðường dây hạ áp

ðDTA

ðường dây trung áp

ðDRN

ðường dây rẽ nhánh

ðDTC

ðường dây trục chính

ðTPT

ðồ thị phụ tải

HTCCððT

Hệ thống cung cấp ñiện ñô thị

HTð

Hệ thống ñiện

LCA

Lưới cao áp

LHA

Lưới hạ áp

LPP

Lưới phân phối

LTA

Lưới trung áp

MBA

Máy biến áp

TBA

Trạm biến áp

TBAKV

Trạm biến áp khu vực

TBAPP

Trạm biến áp phân phối

TBATG

Trạm biến áp trung gian


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1

Các cấp ñiện áp của 1 số HTð ñô thị

Bảng 2.1

Các thông số ðDRN

Bảng 2.2

Kiểm tra phát nóng dài hạn ðDRN

Bảng 2.3

Thông số ðDTC

Bảng 2.4

Kiểm tra phát nóng dài hạn ðDTC

Bảng 2.5

Tiết diện ðDRN hợp lý

Bảng 2.6

Tiết diện ðDTC hợp lý

Bảng 2.7

Thông số các máy biến áp của các phương án TBAPP

Bảng 2.8

Công suất TBAPP hợp lý

Bảng 2.9

Công suất TBAPP hợp lý khi tính ñến chỉ tiêu giá ñất ñô thị

Bảng 3.1

Các thông số kỹ thuật ðDTA

Bảng 3.2

Chọn tiết diện ðDTA theo phát nóng dài hạn

Bảng 3.3

Tiết diện cáp trung áp chọn theo ñiều kiện phát nóng sự cố

Bảng 3.4

Tổng hợp kết quả lựa chọn tiết diện ðDTA

Bảng 3.5

Thông số MBA thuộc TBATG

Bảng 3.6

Công suất TBATG hợp lý khi m = 8

Bảng 3.7

Công suất TBATG hợp lý khi xét ñến chỉ tiêu giá ñất ñô thị

Bảng 4.1

Các thông số kỹ thuật ðDCA

Bảng 4.2

Chọn tiết diện ðDCA theo phát nóng dài hạn

Bảng 4.3

Tổng hợp kết quả lựa chọn tiết diện ðDCA

Bảng 4.4

Thông số MBA thuộc TBAKV

Bảng 4.5

Công suất TBAKV hợp lý khi m = 8

Bảng 5.1

Thông số tải các máy biến áp của Lộ 673E11

Bảng 5.2

Thông số ñường dây của Lộ 673E11

Bảng 5.3

Bảng tổng kết tổn thất trên Lộ 673E11


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1

Hình dáng chung của HTCCððT

Hình 1.2

Sơ ñồ HTð ñô thị ở giai ñoạn phát triển

Hình 1.3

Cấu trúc chung của TBAPP

Hình 1.4

Sơ ñồ khối các bước tính toán chọn thông số cấu trúc LHA

Hình 1.5

Sơ ñồ cấu trúc TBATG

Hình 1.6

Sơ ñồ khối các bước tính toán lựa chọn thông số cấu trúc
lưới trung áp (LTA)

Hình 3.1

Quan hệ giữa LTA và LHA

Hình 4.1

Sơ ñồ cấu trúc LCA chung TBAKV

Hình 4.2

Mối liên hệ giữa chiều dài ðDCA và ðDTA

Hình 4.3

Sơ ñồ tính toán tổn thất ñiện áp trên 1 lộ ðDCA

Hình 5.1

Sơ ñồ kết dây Lộ 673E11

MỞ ðẦU
Cơ sở khoa học
ðề tài nghiên cứu ñến việc lựa chọn thông số cấu trúc lưới hạ áp, trung áp và
cao áp cho hệ thống cung cấp ñiện ñô thị.
Việc lựa chọn thông số cấu trúc của hệ thống cung cấp ñiện ñô thị phụ thuộc
rất nhiều vào lịch sử phát triển của ñô thị và hệ thống cung cấp ñiện của nó
cũng như vào ñiều kiện cụ thể của ñô thị hiện tại.
Lựa chọn thông số cấu trúc cần phải có quy hoạch tổng thể và mọi thiết kế
tổng thể phải tuân theo quy hoạch tổng thể.
Lựa chọn thông số cấu trúc là một bài toán hợp nhất giữa thiết kế và quy
hoạch với nhiều tham số liên quan biến thiên liên tục như ñiện áp, dòng ñiện,
chiều dài, tiết diện, số lượng và công suất các trạm biến áp, giá ñiện...
Cơ sở thực tiễn
Xuất phát từ những quy hoạch tổng thể và những ñiều kiện cụ thể của ñiện ñô
thị như: nguồn cung cấp, phụ tải ñiện, ñịa hình, những ñặc ñiểm kinh tế - xã
hội...ñể ñưa ra các phương án cung cấp ñiện, lựa chọn các thiết bị ñiện cho sơ
ñồ.
Căn cứ vào nhu cầu sử dụng ñiện năng, chế ñộ làm việc của các phụ tải ñiện
của các thành phố lớn có xét tới mật ñộ phụ tải từng khu vực mà ta lựa chọn
ñược thông số hợp lý nhất nhằm ñảm bảo ñộ tin cậy cung cấp ñiện cao nhất.
Từ kết quả lựa chọn thông số cấu trúc lưới ta ñưa ra các giải pháp nâng cao
chất lượng ñiện năng của hệ thống cung cấp ñiện ñô thị.


Kết quả có ý nghĩa thực tiễn và có thể ứng dụng rộng rãi trong thực tế.
Mục ñích của ñề tài
ðưa ra các cơ sở lý thuyết, lựa chọn ñược các thông số hợp lý ứng dụng trong
thực tế như: Trạm biến áp, chiều dài, tiết diện, số lượng, công suất và chủng

loại thiết bị. Lựa chọn ñược các thông số hợp lý phù hợp với lưới ñiện ñô thị
hiện nay.
Tùy theo loại ñô thị mà lưới cung cấp có hình dáng khác nhau tuy nhiên ñể
ñạt ñược mục tiêu ñộ tin cậy cung cấp ñiện ngày càng cao, tỷ lệ tổn thất ñiện
năng thấp, quản lý vận hành thuận lợi, chi phí vận hành nhỏ. ðể ñạt ñược các
chỉ tiêu này hướng chủ yếu là lựa chọn cấu trúc hợp lý sao cho phù hợp với
mật ñộ phụ tải từng khu vực và giá ñiện hiện nay.
Chất lượng ñiện năng không ñảm bảo dẫn ñến thiệt hại về kinh tế. Vì vậy ñề
tài ñã ñưa ra các giải pháp nâng cao chất lượng ñiện năng nhằm giảm tổn thất,
ñảm bảo cung cấp ñiện liên tục thỏa mãn nhu cầu và chất lượng ñiện năng.


1

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ QUY HOẠCH
LỰA CHỌN CẤU TRÚC LƯỚI ðIỆN ðÔ THỊ
Về phương diện sử dụng ñiện năng, ñô thị là nơi tập trung phụ tải lớn, ña dạng,
có mối liên quan chặt chẽ trong các lĩnh vực như: giao thông, xây dựng, văn hoá,
xã hội, môi trường...
Từ những năm 50 của thế kỷ XX, do quá trình công nghiệp hoá và tăng năng
suất lao ñộng, tốc ñộ ñô thị hoá trên thế giới tăng rất nhanh về số lượng, kích
thước và tỉ lệ dân sống ở ñô thị.
Trên phạm vi toàn thế giới tỉ lệ dân ñô thị từ 15% ở ñầu thế kỷ XX tăng ñến 50%
ở cuối thế kỷ. Ở nước ta nhịp ñộ tăng dân số ñô thị cũng khá rõ rệt. Năm 1945 ở
Hà nội trong nội thành chỉ có khoảng 0,15 triệu người sinh sống, tính ñến nay ñã
tăng ñến khoảng 3,3 triệu người.
1.1 Tổng quan về lưới ñiện ñô thị
Thành phần phụ tải ñiện ñô thị bao gồm công nghiệp, giao thông, sinh hoạt dân
dụng và các công trình xã hội, thủ công nghiệp, nông nghiệp ngoại thành với tỉ lệ

tuỳ theo mức ñộ phát triển ñô thị. Chẳng hạn phụ tải ñiện ở Hà nội tính ñến năm
2006 có thành phần phụ tải như sau: công nghiệp xây dựng 31,15%, nông nghiệp
0,29%, thương nghiệp 14,22%, tiêu dùng và quản lý chiếm 43,3% và các loại
khác là 8,04%.
Lưới cung cấp ñiện ñô thị thường với các cấp ñiện áp 35 ÷ 110kV nối với hệ
thống 220 ÷ 500kV của lưới ñiện quốc gia. Các phụ tải ñiện ñô thị ña số nối ở


2

lưới phân phối 6 ÷ 35kV và hạ áp 0,4kV, có thể có một số xí nghiệp lớn nối trực
tiếp với lưới 35 ÷ 110kV.
Một ñặc trưng của ñô thị là do công nghiệp và dân số tăng nhanh dẫn ñến tăng
mạnh mức thâm nhập của ñiện năng vào các mặt xã hội, cần phải tính ñến ñiều
ñó khi quy hoạch và quản lý lưới ñiện ñô thị.
Lưới cung cấp ñiện bao gồm hai bộ phận: các trạm biến áp (TBA) và mạng lưới
ñiện ở các cấp ñiện áp khác nhau. Hệ thống cung cấp ñiện ñô thị có thể phân
thành hai thành phần:
Phần I bao gồm lưới cung cấp 35 ÷ 220kV. Các phần II, III, IV, V gồm các lưới
phân phối với các cấp ñiện áp từ (35 ÷ 0,4)kV (hình 1.1). Phần lưới
35kV÷220kV gọi là hệ thống cung cấp nhằm phân phối ñiện năng giữa các vùng
của ñô thị. Ở những ñô thị lớn có thể dùng lưới 35 ÷ 110kV trực tiếp cho những
phụ tải lớn.
Phần II có nhiệm vụ phân phối ñiện năng trực tiếp giữa các phụ tải, bắt ñầu từ
thanh góp 6 ÷ 35kV của nguồn cung cấp (vùng I) và kết thúc ở ñiểm ñưa tới hộ
tiêu thụ (vùng V). Trong phần này gồm lưới phân phối 6 ÷ 35kV, những trạm
phân phối hạ áp và lưới hạ áp ñến 1000V.
Lưới ñiện ñô thị thường ñược thiết kế theo dạng vòng kín vận hành hở với
những trạm biến áp có công suất từ (180 ÷ 1000)kVA, cung cấp cho các xí
nghiệp công nghiệp, trạm ñiện kéo (giao thông), khu dân cư và vùng nông

nghiệp ngoại thành. Một ñặc trưng quan trọng của hệ thống cung cấp ñiện ñô thị
là sử dụng mức ñiện áp cao (trên 1000V) và xuất hiện nhiều lần biến áp.


3

35÷220kV

I
35-10kV

35-10kV

35-10kV

~

II

0,38kV
III

IV
0,38kV

0,38kV

0,38kV
V

Hình 1.1. Hình dáng chung của HTCCððT
Phụ tải ñiện ñô thị gồm các xí nghiệp công nghiệp và một bộ phận quan trọng là
dân cư ñô thị. Phụ tải dân cư ñô thị gồm: nhà ở và những cơ sở văn hoá - xã hội.


4

Nhu cầu tiêu thụ ñiện nhà ở phụ thuộc vào sinh hoạt của dân cư, mức ñiện khí
hoá thiết bị gia ñình. Nhu cầu tiêu thụ ñiện ở khu cơ sở công cộng chịu ảnh
hưởng bởi những ñặc ñiểm công nghệ: loại cơ quan, bệnh viện, khách sạn...Tuy
nhiên cả hai quy luật ñều bị chi phối bởi quy luật ngẫu nhiên, tổng hợp của nhiều
yếu tố không xác ñịnh trước như: thời tiết, ngày nghỉ, ngày lễ...
Trong khu dân cư ñô thị, phụ tải ñiện cho nhà ở bao gồm chiếu sáng và các thiết
bị ñiện gia ñình chiếm một phần quan trọng. Thường chia ra hai loại:
- Những hộ không dùng ñiện ñể ñun nấu.
- Những hộ ñun nấu bằng ñiện.
Ngoài ra những nhu cầu dùng ñiện trong ñiều hoà nhiệt ñộ, nấu nước tắm, sưởi...
thường ñược tính riêng.
Thông thường quá trình ñiện khí hoá sinh hoạt ñược chia thành ba mức như sau:
Mức 1: Sử dụng ñiện chủ yếu cho chiếu sáng và các thiết bị gia ñình (thu thanh,
thu hình, tủ lạnh, máy giặt, bàn là...) ở mức này ñun nấu dùng hơi ñốt hoặc các
dạng không phải ñiện năng.
Mức 2: Sử dụng ñiện trong chiếu sáng, dụng cụ gia ñình như ở mức 1 và bếp
ñiện nấu ăn kể cả lò sấy, quay, nướng.
Mức 3: Ngoài những thiết bị sinh hoạt ở mức 2, còn sử dụng những thiết bị ñiện
ñun nước nóng, sưởi ấm, ñiều hoà nhiệt ñộ.
Ở nước ta hiện nay do tổng sản lượng ñiện còn thấp nên ñiện khí hóa sinh hoạt
dân cư ñô thị mới chỉ ở mức 2 và có sử dụng bình nước nóng ñiều hoà nhiệt ñộ.
Trong những năm gần ñây nhờ những tiến bộ khoa học kỹ thuật tuy công suất
của một số thiết bị có giảm nhưng nhìn chung suất tiêu thụ ñiện năng bình quân

5

theo gia ñình vẫn lớn. Ở những nước công nghiệp phát triển mức tiêu thụ ñiện
sinh hoạt trong 1 năm ở gia ñình 3-4 người có thể như sau:
Thiết bị

ðiện năng sử dụng

ðơn vị

Chiếu sáng

150 ÷ 200

kWh

Máy thu thanh

40

kWh

Máy thu hình

80

kWh

Bàn là

40

kWh

Tủ lạnh

250 ÷ 300

kWh

Máy giặt

200 ÷ 300

kWh

Bếp ñiện

800 ÷ 1500

kWh

Nồi nấu nước nóng

2000

kWh

Tổng cộng

3000 ÷ 4000

kWh

Trong một số trường hợp vượt quá chỉ tiêu trên ñây, chẳng hạn Mỹ kể cả thiết bị
tủ sấy quần áo, bình quân ñiện năng sinh hoạt hàng năm cho một gia ñình ñô thị
lên tới 7 ÷ 12,5 nghìn kWh.
1.2 Xu hướng phát triển HTCCððT
Việc lựa chọn thông số cấu trúc của HTCCððT phụ thuộc rất nhiều vào lịch sử
phát triển của ñô thị và HTCCð của nó cũng như vào ñiều kiện cụ thể của ñô thị
hiện tại. Tuy nhiên dựa vào những yêu cầu, tính chất chung của các HTð ñô thị
cũng như xu hướng phát triển chung của các ñô thị hiện nay người ta ñã tiến
hành nghiên cứu xây dựng một HTð lý tưởng cho ñô thị nói chung. Sơ ñồ


6

nguyên lý của HTð này có thể sử dụng làm cơ sở cho việc xây dựng HTð của
những ñô thị mới và phát triển các HTð hiện có của các ñô thị.
Trong HTð lý tưởng chỉ ñề nghị sử dụng 2 cấp ñiện áp (110 hoặc 220)kV và
22kV. Vùng trung tâm ñô thị, nơi có mật ñộ phụ tải cao nhất ñược cung cấp ñiện
bằng 1 trạm 110kV có công suất rất lớn. Vùng giữa và ngoại ô nhận ñiện năng từ
các trạm vòng 110kV trên ñường vòng 110kV bao quanh ñô thị. Trạm 110kV ở
trung tâm ñô thị ñược nối với các trạm vòng bằng ñường cáp 110kV dọc theo
ñường kính ñô thị. Tất cả các nhà máy ñiện nằm trong hoặc ngoài phạm vi ñô thị
ñều phát vào lưới vòng 110kV. ðể nâng cao ñộ tin cậy và tính linh hoạt của
HTð các nguồn và trạm hạ áp ñược ñặt xen kẽ với nhau sao cho ñảm bảo cung
cấp ñiện trong các trường hợp sự cố từng phần của hệ thống ñiện.

Hệ thống kiểu này ñảm bảo cung cấp ñiện tối ưu cho ñô thị trong thời gian dài
với ñiều kiện phụ tải tăng trưởng không ngừng. Lý do chủ yếu là nó cho phép
ñưa dần ñiện áp cao vào hệ thống và mở rộng toàn bộ hệ thống cung cấp ñiện nói
chung mà không phải sửa chữa, biến ñổi nhiều cấu trúc của HTð ở quá khứ. Ví
dụ khi phụ tải ñiện của ñô thị tăng lên, ở những năm ñầu tiên chỉ cần tăng cường
ñường vòng 110kV bằng những ñường dây và trạm mới cùng kiểu. Mặt khác ñể
ñáp ứng nhu cầu cung cấp ñiện ở vùng trung tâm ñô thị, chỉ cần xây dựng thêm
những ñường cáp 110kV xuyên ñô thị mới và những trạm ñưa sâu 110/22kV
mới. Khi phụ tải ñô thị tăng cao hơn nữa, chỉ cần xây dựng thêm các trạm biến
áp siêu cao (220, 500kV) ở ngoại vi ñô thị ñể nhận công suất từ hệ thống vào. Hệ
thống lưới 110kV có thể tách ra thành những phần riêng biệt làm việc song song
qua lưới 220kV bao quanh ñô thị. Khi ấy lưới 110kV cũ tự biến thành lưới phân
phối. ðường vòng 110kV bị tách dần và cuối cùng các ñoạn ñường dây 110kV ở


7

ñây ñược nối với các trạm 220kV, 500kV và biến thành các ñường ñưa sâu. Sơ
ñồ HTð ở giai ñoạn phát triển có thể có dạng trện hình 1.2.

110kV

220, 500kV

HT

Hình 1.2. Sơ ñồ HTð ñô thị ở giai ñoạn phát triển
Có thể thấy rằng quá trình phát triển HTð ở ñây tương ñối tuần tự và dễ dàng,
cấu trúc HTð những năm trước tạo ñiều kiện thuận lợi cho việc phát triển ở
những năm tiếp sau. Tuy nhiên khi thực hiện quá trình phát triển này cần luôn

luôn lưu ý ñến ñiều kiện cụ thể của ñô thị cũng như các tiến bộ khoa học kỹ thuật
trong công nghiệp nói chung.
ðối với các HTð ñang hoặc sẽ xây dựng, vấn ñề xây dựng hệ thống cung cấp
ñiện theo sơ ñồ phát triển HTð lý tưởng có thể thực hiện tương ñối dễ dàng. Tuy


8

nhiên hiện nay ñại ña số các ñô thị lớn có lịch sử phát triển rất lâu ñời (thường
trước cả phát sinh ngành ñiện lực) và hệ thống cung cấp ñiện của chúng chịu rất
nhiều ảnh hưởng của sự kiện này. Mặt khác, ở các nước khác nhau phương pháp
tính toán kinh tế - kỹ thuật cũng ít nhiều khác nhau. Kết quả là HTð của các ñô
thị khác nhau, tuy nhiên có thể thấy rằng HTð của các ñô thị ñều có xu hướng
cải tạo, phát triển theo hướng HTð lý tưởng và cho ñến nay cấu trúc của chúng
ñã tương ñối giống loại HTð này.
Phân tích quá trình phát triển của các HTð thành phố thế giới nói chung cho
thấy rằng, tình trạng hiện nay và xu hướng phát triển của HTð lý tưởng ngoài
những ñiểm ñã nêu còn có các nét chung sau:
1. Trong ñại ña số các HTð ñô thị hiện nay ñều còn tồn tại 5 cấp ñiện áp:
siêu cao, cao, trung, hạ và dưới 1000V. ðiện áp cụ thể của 1 số HTð ñô
thị cho trong bảng 1.1 sau:
Bảng 1.1. Các cấp ñiện áp của 1 số HTð ñô thị
ðô thị

Siêu cao(kV)

Cao(kV)

Trung(kV)

Hạ(kV)

<1000V

Leningratd

330,220

110

35

6,10

0,38

Tây Beclin

330,220

110

30

6

0,38

London

275,400

132

33

11

0,45

Paris

380,730

225

20

0,38

Hămbua

110

25

6

Hà nội

220, 500

110

35

6,10,22

0,38

TP HCM

220, 500

110

66

15,22

0,38


9

2. Trong quá trình phát triển ở những năm qúa khứ gần người ta ñều cố gắng
giảm số cấp ñiện áp trong HTð bằng cách loại trừ một số ñiện áp ñược coi
là không kinh tế. Hiện nay xu hướng chung là loại bỏ cấp ñiện áp trung và
chuyển lưới lên cấp ñiện áp cao hơn.
3. Trong hầu hết các HTð ñô thị, lưới ñưa sâu ngày càng phát triển mạnh.

4. Một trong những xu hướng rất rõ hiện nay là ñơn giản hoá cấu trúc của
lưới phân phối ñô thị 6 ÷ 35kV và xây dựng hệ thống dưới 1000V kín.
1.3 Các phương pháp tính toán và quy hoạch lưới ñiện ñô thị
Phụ tải ñiện tăng trưởng liên tục theo không gian và thời gian cho nên khả năng
tải của các phần tử của lưới ñiện (ñường dây, TBA) sau một thời gian sẽ không
ñáp ứng ñược yêu cầu của phụ tải (thiết bị quá tải hoặc chất lượng ñiện áp không
ñảm bảo hoặc thiết bị ñã lạc hậu hay hết hạn phục vụ). Lúc ñó phải cải tạo lưới
ñiện ñể nâng cao khả năng tải của lưới ñiện và hiệu quả kinh tế. Có thể có nhiều
cách ñể tăng khả năng tải của lưới ñiện như: tăng tiết diện dây dẫn của ñường
dây cũ, làm thêm ñường dây mới, tăng công suất TBA cũ, ñặt thêm TBA
mới...Có thể có những phụ tải mới xuất hiện ở chỗ chưa có ñường dây tới và
cũng có nhiều phương án ñể cấp ñiện cho các phụ tải mới này. ðể có thể phát
triển lưới ñiện một cách tối ưu cần phải lập và so sánh về kinh tế nhiều phương
án phát triển lưới ñiện ñảm bảo về mặt kỹ thuật.
Các phương án phát triển lưới ñiện ñược lập và so sánh trong các quy hoạch phát
triển lưới ñiện. Thông thường có 3 phương án như sau:
1. Quy hoạch dài hạn dự kiến sự phát triển lưới ñiện trong khoảng thời gian
20 ÷ 30 năm về phía trước.


10

2. Quy hoạch trung hạn chính xác hoá quy hoạch dài hạn trong khoảng thời
gian 10 ÷ 20 năm về phía trước.
3. Quy hoạch ngắn hạn lập ra kế hoạch chính xác xây dựng các công trình
ñiện trong khoảng thời gian dưới 10 năm về phía trước.
Việc lựa chọn các thông số cấu trúc của hệ thống cung cấp ñiện ñô thị ñòi hỏi
phải tuân theo một chỉ tiêu thống nhất với tính tối ưu tổng thể. Do vậy cần có
quy hoạch tổng thể và mọi thiết kế cụ thể phải tuân theo quy hoạch tổng thể.
Cũng vì vậy lựa chọn thông số cấu trúc hợp lý cho HTCCððT là một bài toán

hợp nhất giữa thiết kế và quy hoạch rất phức tạp với nhiều tham số liên quan
biến thiên liên tục như ñiện áp, dòng ñiện và gián ñoạn như chiều dài, tiết diện
ñường dây, số lượng và công suất các TBA, giá ñiện...
Thông số chung nhất quyết ñịnh ñến quy hoạch tổng thể HTCCððT là mật ñộ
phụ tải trên một ñơn vị diện tích quy hoạch. Nó có liên hệ mật thiết và ñược quy
ñịnh bởi kết cấu hạ tầng ñô thị và tính chất của phụ tải. Quan hệ này cho phép
ñặt ra các giả thiết nhằm ñơn giản ñáng kể ñộ phức tạp cấu trúc lưới ñiện.
1.4 Lựa chọn các thông số cấu trúc HTCCððT
1.4.1 Các giả thiết và quy ước chung cho bài toán
Việc giải bài toán trong ñiều kiện tổng quát sẽ rất khó khăn không chỉ bởi ñộ
phức tạp của quan hệ ràng buộc mà còn vì khối lượng tính toán rất lớn. Trong
thực tế, bằng việc ñưa ra các giả thiết có cân nhắc kỹ tới ñặc ñiểm riêng của ñối
tượng nghiên cứu, xuất phát từ ñòi hỏi thực tế, khối lượng tính toán ñược giảm
ñáng kể mà không ảnh hưởng tới ñộ chính xác của kết quả cũng như ý nghĩa áp
dụng của nó.


11

Theo dự báo nhu cầu ñiện năng của dự án SIDA Thụy ðiển, mật ñộ phụ tải của
Hà nội trong vòng 30 năm tới sẽ có khả năng phát triển ñến một mức lớn nằm
trong một dải rộng từ 30 ÷ 50 VA/m2. Trong tính toán vừa tập trung vào ñối
tượng chính là HTCCððT vừa mở rộng phạm vi áp dụng cho các vùng sẽ ñược
mở rộng trong tương lai, phạm vi mật ñộ phụ tải khảo sát sẽ là 1÷ 70 VA/m2.
Giả thiết dây dẫn ñược sử dụng trong HTCCððT là cáp. ðây là xu hướng phát
triển chung của các lưới ñiện ñô thị do các yêu cầu chính sau: tính an toàn cho
các công trình xung quanh, ít chịu các tác ñộng ngẫu nhiên của môi trường, tiết
kiệm mặt bằng và tăng mỹ quan ñô thị. Cáp ñang ñược sử dụng và phát triển
rộng rãi hiện nay là cáp vặn xoắn do nó có ưu ñiểm so với các loại dây dẫn khác
như:

- Mang các ưu ñiểm của ñường dây cáp so với dây trần.
- Giảm ñộ sụt áp do ñiện kháng nhỏ.
- ðộ bền cơ tăng cao.
Ngoài mật ñộ phụ tải, giá bán ñiện là một yếu tố quan trọng tác ñộng lớn ñến kết
quả phân tích kinh tế - kỹ thuật. Dựa theo biểu giá bán ñiện hiện nay ta ñưa ra
các mức giá chính ñể tính toán gồm (750, 900, 1200) ñ/kWh.
Trong tính toán quy hoạch cần thiết phải lựa chọn ñược phương án hợp lý. Nói
chung việc so sánh, lựa chọn sẽ rất phức tạp nếu số lượng các thông số ñưa vào
lớn. Tuy nhiên trong thực tế một số thông số có thể xem như nhau cho tất cả các
phương án và có thể bỏ qua khi so sánh như các thiết bị bảo vệ, ñóng cắt, thiết bị
bù, nối ñất...hoặc ñược tính gộp trong các chỉ tiêu kinh tế (suất chi phí) của
ñường dây và trạm biến áp.


12

Trong bài toán quy hoạch - thiết kế lưới phân phối, tiêu chuẩn cho phép ñạt ñược
tính tối ưu tổng thể nhằm ñánh giá các phương án là cực tiểu hoá hàm chi phí
vòng ñời cùng các giả thiết và ràng buộc kỹ thuật cho toàn khu vực khảo sát:
W = K + Cvh + Ctt

(1.1)

Trong ñó:
K: Chi phí mua sắm, lắp ñặt và ñưa vào vận hành của phần tử trong HTCCððT.
Cvh: Chi phí vận hành, bảo dưỡng và sửa chữa trong thời gian khấu hao.
Ctt: Chi phí tổn thất ñiện năng trong thời gian khấu hao của phần tử.
Chi phí K thường xảy ra ngay những năm ñầu trong thời gian khấu hao của các
phần tử. Các chi phí Cvh và Ctt xảy ra trong suốt thời gian khấu hao của các phần
tử. Do ñó công thức (1.1) có thể viết lại như sau:

W=K+

n

Cvh 0 + Ctt 0
= K + [Cvh0 + ∆A0.Ce].(P/A, i, n)
(1 + i ) j
j =1

∑

(1.2)

Trong ñó:
(P/A, i, n) =

(1 + i ) n − 1
i.(1 + i ) n

(1.3)

(P/A, i, n): Hệ số quy ñổi thời gian tương ñương từ giá trị hàng năm thành
giá hiện tại (thời ñiểm ñầu của thời gian khấu hao).
∆A0: Tổn thất ñiện năng hàng năm của phần tử trong HTCCððT.
i: Suất chiết khấu.
n: Số năm của thời gian khấu hao.


13

Khi so sánh nhiều phương án, có thể giả thiết chi phí Cvh0 như nhau ñối với tất cả
các phương án. Khi ñó hàm chi phí vòng ñời trong giản ñồ khoảng chia kinh tế
có dạng:
W = K + ∆A0.Ce.(P/A, i, n)

(1.4)

1.4.2 Lựa chọn cấu trúc hợp lý lưới hạ áp trong HTCCððT
Lựa chọn cấu trúc hợp lý của lưới hạ áp trong các HTCCððT bao gồm các nội
dung sau:
- Chuẩn hoá cấu trúc TBAPP.
- Lựa chọn chiều dài và tiết diện hợp lý cáp trục và cáp nhánh.
- Lựa chọn số lượng và công suất hợp lý TBAPP.
- Lựa chọn chủng loại thiết bị sẽ sử dụng có tính ñến khả năng phát triển
của phụ tải.
1.4.2.1

Các giả thiết tính toán

Nhìn chung các ñô thị và vùng ven ñô ñều có dạng cấu trúc ô bàn cờ mà các
ñường trục là các phố lớn chạy song song với nhau và nối giữa chúng là các phố
nhỏ mà chiều dài ñoạn phố này là bề sâu hai ngõ ñi ra hai phố chính và do ñó
không lớn.
Vì kết cấu hạ tầng ñô thị có dạng ô bàn cờ nên với từng cụm phụ tải hoàn toàn có
thể cấp ñiện theo các nhánh hình tia, có thể vuông góc với nhau hoặc ñồng trục.
ðể tăng ñộ tin cậy cung cấp ñiện tại cuối các ñường trục ñặt các hộp phân phối
ñể ñổi hướng nguồn cấp khi cần thiết. Do xu thế ñơn giản hoá cấu trúc lưới, dễ
dàng cho lắp ñặt kiểm tra và sửa chữa cũng như tăng mỹ quan thành phố, cấu
trúc lưới trên hình 1.3 sẽ dùng ñể tính toán lựa chọn thông số thiết bị.

14

Theo xu hướng sử dụng tối thiểu chủng loại trang thiết bị ñiện ñể dễ dàng cho
việc mua sắm, chế tạo, lắp ñặt, vận hành, sửa chữa, thay thế...tính toán sẽ ñược
thực hiện trên phạm vi vừa ñủ nhỏ gam thông số thiết bị nhằm giảm khối lượng
tính toán.

l
lkc
Hộp rẽ nhánh

L

TBAPP
L

Chiều dài ðDTC

l

Chiều dài ðDRN
Hình 1.3. Cấu trúc chung của TBAPP

Trên cơ sở ñó các giả thiết tính toán ñược ñưa ra như sau:
1. ðiện áp 3 pha ñịnh mức LHA là Uñm = 380 V. Tổn thất ñiện áp cho phép
của LHA là ∆Ucp ≤ 5% (trong ñó ∆Ulcp ≤ 1%.Uñm với ðDRN và ∆ULcp ≤
4%.Uñm với ðDTC).

15

2. Các TBAPP sử dụng máy biến áp ba pha hai cuộn dây và có công suất
thay ñổi như sau: SBPP = (180, 250, 400, 630, 750, 1000) kVA.
3. Từ mỗi trạm ñi ra 4 lộ ðDTC. ðDTC là cáp nhôm bọc cách ñiện XLPE
ñặt nổi có tiết diện (120, 150, 185, 240, 300) mm2. Chiều dài trung bình
Ltb = 250m.
4. Các ðDRN sử dụng cáp bọc cách ñiện ñặt nổi có tiết diện (35, 50, 70, 95,
120) mm2, chiều dài trung bình ltb = 60m (chiều dài thực tế có thể dao
ñộng trong khoảng từ 40 ÷ 150m).
5. Khoảng cách trung bình giữa hai hộp rẽ nhánh cáp kế tiếp nhau lkc = 40m.
6. Trên diện tích khu vực khảo sát D = 1km2, mật ñộ phụ tải ñô thị phân bố
ñều, xét từ 1 ÷ 70 VA/m2. Hệ số ñồng thời Kñt = 0,8. Hệ số ñồng ñều Kññ
=1. Hệ số tham gia ñỉnh ñồ thị phụ tải Kñ = 1.
7. Thời gian sử dụng công suất lớn nhất của LHA ñô thị Tmax = 4000h/năm.
Với giả thiết cosφ = 0,9 thời gian tổn thất công suất lớn nhất sẽ là τHA =
2400h/năm.
8. Thời gian sử dụng thiết bị là n =25năm, hệ số chiết khấu i = 12%/năm.
9. Giá ñiện năng là giá mua tại thanh cái 110kV của TBATG. Tính cho các
thời ñiểm khác nhau thực tế, chọn Ce = (750, 900, 1200) ñồng/kWh.
10.Chi phí của các thiết bị bảo vệ, tự ñộng hoá, thiết bị bù...liên quan là như
nhau ñối với các phương án thông số cấu trúc lưới ñô thị.
1.4.2.2

Sơ ñồ khối trình tự các bước tính toán

Ứng với một mật ñộ phụ tải σ, giá ñiện Ce, các bước tính toán và lựa chọn thông
số cấu trúc LHA ñược tiến hành theo sơ ñồ hình 1.4.

16
Fl

σ

Ce

Chọn Fl theo giản
ñồ KCKT. ðDTC

Tính lOP

Fl

σ

Chọn l theo ∆Ucp
D

SBPP

L’(σ, FL)
Tính LOP

FL

Tính WL

L”(SBPP, σ)

Ce

Chọn FL theo giản
ñồ KCKT. ðDTC
σ

Tính Wl

lcp(σ, Ce)

σ

Chọn L theo p.vi
cung cấp TBAPP

SBPP

lOP(σ, Ce)

FL

σ

Chọn L theo ∆Ucp

σ

FOPl(σ, Ce)

FOPL(σ, Ce)

Ce

Tính ZBPP

Tính WHA
WBPP(SBPP, σ, Ce)
Các ñiều kiện
riêng

Chọn SBPP,
NB
NBOP(σ, Ce)
SBPPOP(σ, Ce)

Hình 1.4. Sơ ñồ khối các bước tính toán chọn thông số cấu trúc LHA