Nghiên cứu các phương pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện phân phối – áp dụng cho lưới điện huyện thường tín – hà nội
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.66 MB, 112 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------
Đỗ Duy Thế
NGHIÊN CỨU CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CUNG
CẤP ĐIỆN CỦA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI
ÁP DỤNG CHO LƯỚI ĐIỆN HUYỆN THƯỜNG TÍN - HÀ NỘI
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT ĐIỆN
Hà Nội – 2014
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------
Đỗ Duy Thế
NGHIÊN CỨU CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CUNG
CẤP ĐIỆN CỦA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI
ÁP DỤNG CHO LƯỚI ĐIỆN HUYỆN THƯỜNG TÍN - HÀ NỘI
Chuyên ngành : Kỹ thuật điện
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT ĐIỆN
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS Trần Bách
Hà Nội – 2014
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN……………………………………………………………...……v
LỜI CẢM ƠN…………………………………………………………………........vi
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT………………………………….vii
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU…………………………………………………viii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ…………………………………………....ix
MỞ ĐẦU …………………………………………………………………………..xi
Chương 1. Tổng quan về lưới điện phân phối…………………………………...1
1.1. Hệ thống điện……………………………………………………………….......1
1.2. Hệ thống phân phối điện .………………………………………………………1
1.2.1. Trạm biến áp phân phối …………………………………………………4
1.2.2. Đặc điểm lưới phân phối…………………………………………………5
1.2.3. Lưới phân phối trung áp …………………………………………………7
1.2.3.1. Phân loại lưới điện phân phối trung áp………………………….7
1.2.3.2. Cấu trúc lưới phân phối trung áp ………………………………7
1.2.3.3. Sơ đồ lưới phân phối trung áp ………………………………….9
1.2.3. Lưới phân phối hạ áp …………………………………………………..13
Chương 2. Độ tin cậy cung cấp điện lưới phân phối…………………………....14
2.1. Khái niệm chung về độ tin cậy của hệ thống điện ……………………………14
2.1.1. Định nghĩa độ tin cậy…………………………………………………...14
2.1.2. Khái niệm về trạng thái và hỏng hóc của hệ thống điện………………..15
2.1.3. Tổn thất kinh tế do mất điện và ảnh hưởng của độ tin cậy đến cấu trúc
của hệ thống điện…………………………………………………………………..16
2.2. Độ tin cậy của các phần tử…………………………………………………….19
2.2.1. Phần tử không phục hồi………………………………………………....19
2.2.2. Phần tử phục hồi………………………………………………………...21
2.2.2.1. Sửa chữa sự cố lý tưởng có thời gian phục hồi τ = 0………….21
2.2.2.2. Sửa chữa sự cố thực thế, thời gian phục hồi τ…………………22
2.2.2.3. Sửa chữa sự cố thực tế và bảo dưỡng định kỳ…………….......24
2.3. Bài toán độ tin cậy và phương pháp giải…………………………….………...26
i
2.3.1. Bài toán độ tin cậy……………………………………………………26
2.3.2. Các phương pháp nghiên cứu độ tin cậy của hệ thống điện…………27
2.4. Các chỉ số đánh giá độ tin cậy của hệ thống điện…………………………...28
2.4.1. Các chỉ số hướng tới khách hàng……………………………………..28
2.4.1.1. Tần suất mất điện trung bình của hệ thống SAIFI ( System
average interruption frequency index)……………………………………………28
2.4.1.2. Thời gian mất điện trung bình của hệ thống SAIDI( System
average interruption duration index)………………………………………………28
2.4.1.3. Tần suất mất điện trung bình của khách hàng CAIFI ( Customer
average interruption frequency index)……………………………………………..29
2.4.1.4. Thời gian mất điện trung bình của khách hàng CAIDI ( Customer
interruption duration index)………………………………………………………..29
2.4.1.5. Độ sẵn sàng cung cấp điện trung bình ASAI ( Average service
availability index)………………………………………………………………….29
2.4.1.6. ĐTC IOR (Index of reliability)………………………………. .30
2.4.2. Các chỉ số hướng tới phụ tải và nguồn cấp……………………………..30
2.4.2.1. Lượng điện năng không được cấp ENS (Energy not supplied
index)……………………………………………………………………………….30
2.4.2.2. Lượng điện năng trung bình không được cấp AENS ( Averge
Energy not supplied index)………………………………………………………..31
2.4.2.3. Giới hạn điện năng cấp trung bình cho khách hàng ACCI (
Averge customer curtailment index)………………………………………………31
2.4.3. Áp dụng các chỉ tiêu trong thực tế……………………………….....31
2.5. Tính toán độ tin cậy của LPP………………………………………………….32
2.5.1. ĐTC LPP hình tia không phân đoạn……………………………………32
2.5.2. ĐTC LPP hình tia phân đoạn…………………………………………...33
2.5.3. ĐTC LPP kín vận hành hở……………………………………………...36
2.6. Ví dụ 1………………………………………………………………………....36
2.6.1. Lưới phân phối hình tia không phân đoạn……………………………...36
ii
2.6.2. Lưới phân phối hình tia không phân đoạn có đặt cầu chì tại các nhánh
rẽ……………………………………………………………………………………39
2.6.3. Lưới phân phối hình tia phân đoạn bằng dao cách ly…………….…….41
2.6.4. Lưới phân phối kín vận hành hở………………………………………..43
2.7. Ví dụ 2…………………………………………………………………………44
2.7.1. Tính phân đoạn 1………………………………………………………..45
2.7.2. Tính phân đoạn 2………………………………………………………..46
2.7.3. Tính phân đoạn 3……………………………………………………......47
2.7.4. Tính phân đoạn 4………………………………………………………..48
2.7.5. Chỉ tiêu toàn lưới………………………………………………………..49
2.7.6. Tính toán bằng máy tính điện tử………………………………………..49
Chương 3. Các giải pháp nâng cao độ tin cậy của lưới phân phối…………….55
3.1. Nguyên nhân làm giảm độ tin cậy của lưới phân phối…………………..……55
3.1.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ tin cậy…………………………………...55
3.1.1.1. Các yếu tố bên trong…………………………………………...55
3.1.1.2. Các yếu tố bên ngoài…………………………………………...56
3.1.2. Các nguyên nhân làm giảm độ tin cậy………………………………….56
3.1.3. Các số liệu thống kê về các nguyên nhân sự cố………………………...57
3.1.3.1. Động vật……………………………………………………......57
3.1.3.2. Thời tiết………………………………………………………...58
3.1.4. Phân tích độ tin cậy của lưới cáp ngầm và lưới điện trên không……….59
3.2. Nâng cao độ tin cậy của lưới phân phối……………………………………….59
3.2.1. Nâng cao độ tin cậy của trạm biến áp phân phối……………………….60
3.2.2. Nâng cao độ tin cậy của lưới điện phân phối…………………………...60
3.2.2.1. Các biện pháp làm giảm sự cố (ngăn chặn sự cố xảy ra) ……..60
3.2.2.2. Các biện pháp làm giảm thời gian mất điện (khoanh vùng và
khắc phục sự cố nhanh) …………………………………………………………....61
Chương 4. Áp dụng tính toán cho lưới điện huyện Thường Tín – Hà Nội……69
4.1. Tính toán lộ tin cậy lưới điện huyện Thường Tín………………………..........69
4.1.1. Tính đoạn độ tin cậy lộ 974 Thường Tín……………………………….69
iii
4.1.2. Tính đoạn độ tin cậy lộ 371 Thường Tín…………………………..…74
4.1.3. Tính đoạn độ tin cậy lộ 473 Thường Tín……………………………….75
4.1.4. Tính đoạn độ tin cậy lộ 471 Thường Tín……………………………….76
4.2. Nâng cao độ tin cậy lưới điện huyện Thường Tín ……………………………76
4.2.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của các biện pháp nâng cao độ tin cậy lưới phân
phối điện đến độ tin cậy của phụ tải………………………………………………..77
4.2.1.1. Tính ảnh hưởng của thời gian sửa chữa sự cố……………..…...77
4.2.1.2. Tính ảnh hưởng khi đặt 1 DCL phân đoạn……………………..77
4.2.2. Áp dụng giải pháp tự động hóa LPP nâng cao độ tin cậy LPP huyện
Thường Tín………………………………………………………………………...78
4.2.3. Tính hiệu quả kinh tế khi sử dụng giải pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp
điện…………………………………………………………………………………80
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ……………………………………………………..83
TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………………….84
iv
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan, những vấn đề được trình bày trong 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 xuất bản. Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm nếu sử
dụng kết quả của người khác.
Tác giả
Đỗ Duy Thế
v
LỜI CẢM ƠN
Trong suốt quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp này, tôi đã nhận được sự
giúp đỡ , động viên của thầy cô, bạn bè .
Tôi xin gửi lời biết ơn chân thành tới PGS.TS Trần Bách, người đã hướng
dẫn tôi rất nhiều trong quá trình thực hiện luận văn. Xin cảm ơn các thầy cô trong
Bộ môn Hệ thống điện – Viện Điện – Trường Đại học Bách khoa Hà nội đã giúp
đỡ, góp ý để tôi hoàn thiện luận văn. Đồng thời, tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới bạn
bè, đồng nghiệp đã trao đổi và giúp đỡ giải quyết những vướng mắc trong quá trình
thực hiện.
vi
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu, chữ viết tắt
Nội dung
ĐTC
Độ tin cậy
HTĐ
Hệ thống điện
LPP
Lưới điện phân phối
MBA
Máy biến áp
DCL
Dao cách ly
HTCCĐ
Hệ thống cung cấp điện
TBPĐ
Thiết bị phân đoạn
TĐL
Tự động đóng lại
TĐD
Tự động đóng nguồn dự phòng
CSTD
Công suất tác dụng
CSPK
Công suất phản kháng
vii
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1. Giá mất điện ở Australia ………………….….....……………………....17
Bảng 2.2. Giá mất điện ở Canada……………….….....……………………...........18
Bảng 2.3. Số liệu chiều dài, cường độ sự cố LPP hình 2.10….....…………………37
Bảng 2.4. Số liệu khách hàng tại các nút phụ tải LPP hình 2.10….....…………….37
Bảng 2.5. Kết quả tính toán độ tin cậy tại các nút phụ tải LPP hình 2.10…............37
Bảng 2.6. Kết quả tính toán DTC tại các nút phụ tải LPP hình 2.11….....………...40
Bảng 2.7. So sánh ĐTC tại các nút phụ tải hình 2.10 và hình 2.11….....………….40
Bảng 2.8. Kết quả tính toán ĐTC tại các nút phụ tải LPP hình 2.12….....………...41
Bảng 2.9. So sánh ĐTC tại các nút phụ tải hình 2.11 và hình 2.12….....………….42
Bảng 2.10. Kết quả tính toán ĐTC tại các nút phụ tải LPP hình 2.13….....……….43
Bảng 2.11. So sánh ĐTC tại các nút phụ tải hình 2.12 và hình 2.13….....………...44
Bảng 2.12. Bảng số liệu tính toán lưới điện hình 2.15….....………………………45
Bảng 4.1. Thông số phụ tải lộ 974…....……………………………………………71
Bảng 4.2. Kết quả độ tính toán tin cậy của lộ 974 ….....…………………………..73
Bảng 4.3. Kết quả độ tính toán tin cậy của lộ 371 Thường Tín….....……………...74
Bảng 4.4. Kết quả độ tính toán tin cậy của lộ 473 Thường Tín….....……………...75
Bảng 4.5. Kết quả độ tính toán tin cậy của lộ 471 Thường Tín….....……………...76
Bảng 4.6. So sánh các chỉ số ĐTC LPP huyện Thường Tín….....…………………78
Bảng 4.7. Kết quả độ tính toán tin cậy của lộ 371 Thường Tín sau khi cải tạo…....79
Bảng 4.8. So sánh các chỉ số ĐTC lộ 371 sau khi cải tạo….....……………………79
Bảng 4.9. Hệ số hiện đại hoá cho các năm t….....…………………………………81
Bảng 4.10. Bảng kết quả tính hiệu quả kinh tế khi cải tạo lộ 371 – Thường Tín….82
viii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Mô hình hệ thống điện …………………………………………………...1
Hình 1.2. Các phần tử trạm biến áp phân phối ……………………………………...4
Hình 1.3. Lưới phân phối hình tia không phân đoạn ……………………………….9
Hình 1.4. Lưới phân phối hình tia phân đoạn……………………………………….9
Hình 1.5. Lưới phân kín vận hành hở……………………………………………...10
Hình 1.6. Trạm phân phối được cấp điện từ hai đường dây song song …………...10
Hình 1.7. Mạch liên nguồn ………………………………………………………...11
Hình 1.8. Sơ đồ sử dụng đường dây dự phòng chung ……………………………..11
Hình 1.9. Cung cấp điện thông qua trạm cắt……………………………………….12
Hình 1.10. Sơ đồ hệ thống phân phối điện ………………………………………...12
Hình 1.11. Lưới phân phối hạ áp…………………………………………………..13
Hình 2.1. Hàm ĐTC R(t) ………………………………………………………….20
Hình 2.2. Trạng thái làm việc và trạng thái hỏng hóc của phần tử………………...22
Hình 2.3. Mô hình trạng thái có xét đến bảo dưỡng định kỳ………………………24
Hình 2.4. Cấu trúc độ tin cậy của hệ thống điện………………………………...…26
Hình 2.5. Xác định phụ tải trung bình La …………………………………………30
Hình 2.6. Tỷ lệ áp dụng các chỉ yêu độ tin cậy trong thực tế……………………...31
Hình 2.7. ĐTC LPP hình tia không phân đoạn……………………………………32
Hình 2.8. ĐTC LPP hình tia có phân đoạn bằng DCL……………………………..33
Hình 2.9. Đẳng trị các đoạn lưới có cùng ĐTC……………………………………34
Hình 2.10. Sơ đồ lưới phân phối hình tia không phân đoạn ………………………37
Hình 2.11. Sơ đồ lưới phân phối hình tia không phân đoạn có đặt cầu chì………..39
Hình 2.12. Sơ đồ lưới phân phối hình tia phân đoạn bằng DCL…………………...41
Hình 2.13. Sơ đồ lưới phân phối kín vận hành hở…………………………………43
Hình 2.14. Sơ đồ tổng quát của lưới điện ví dụ 2………………………………….44
Hình 2.15. Sơ đồ đẳng trị lưới điện ví dụ 2………………………………………...44
Hình 3.1. Hệ thống phân phối điện bị thiệt hại………………………………….....58
Hình 3.2. Đường dây trên không bị thiệt hại………………………………………58
ix
Hình 3.3. Trạm biến áp bị hư hỏng………………………………………………...58
Hình 3.4. Cột bê tông bị phá vỡ trong cơn bão…………………………………….58
Hình 3.5. Các hình thức đặt thiết bị tự động đóng dự trữ (TĐD) …………………63
Hình 3.6. TĐD thiết bị đóng cắt phân đoạn ở mạng điện áp thấp…………………64
Hình 3.7. Sơ đồ dự phòng cố định (liên tục) ………………………………………65
Hình 3.7. Sơ đồ dự phòng thay thế………………………………………………...66
Hình 4.1. Sơ đồ 1 sợi lộ 974 Thường Tín …………………………………………70
x
MỞ ĐẦU
Yêu cầu đảm bảo cung cấp điện đối với các công ty điện lực ngày càng
nghiêm ngặt. Chất lượng cung cấp điện ngoài các yêu cầu về điện áp, tần số còn có
các yêu cầu về tính liên tục cung cấp điện cho khách hàng.
Lưới điện phân phối là khâu cuối cùng của hệ thống điện đưa điện năng trực
tiếp đến các khách hàng. Vì vậy tính liên tục cung cấp điện cho khách hàng phụ
thuộc trực tiếp vào độ tin cậy của lưới điện phân phối. Do đó nghiên cứu nâng cao
độ tin cậy của lưới điện phân phối đang là yêu cầu cấp thiết đối với các công ty điện
lực đơn vị quản lý trực tiếp các lưới phân phối.
Mục đích của đề tài: Nêu cơ sở lý thuyết về lưới phân phối, các phương
pháp đánh giá độ tin cậy cung cấp điện, các giải pháp nâng cao độ tin cậy của lưới
phân phối và áp dụng các phương pháp vào lưới điện cụ thể của huyện Thường Tín.
Đối tượng nghiên cứu: Các đường dây phân phối cấp điện áp trung áp, sự
ảnh hưởng của các đường dây đến độ tin cậy cung cấp điện cho các hộ phụ tải.
Phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết về lưới phân phối các
phương pháp nghiên cứu, phân tích và tính toán độ tin cậy. Vận dụng kết quả
nghiên cứu, xây dựng phương pháp tính toán độ tin cậy của lưới điện huyện Thường
Tín từ đó đưa ra các giải pháp nâng cao độ tin cậy lưới điện huyện Thường Tín.
Bố cục luận văn:
Chương 1. Tổng quan về lưới điện phân phối
Chương 2. Độ tin cậy cung cấp điện lưới phân phối
Chương 3. Các giải pháp nâng cao độ tin cậy của lưới phân phối
Chương 4. Áp dụng tính toán cho lưới điện huyện Thường Tín – Hà Nội
xi
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI
1.1. Hệ thống điện
Hệ thống điện bao gồm nhà máy điện, hệ thống truyền tải điện, hệ thống
phân phối điện và hộ tiêu thụ. Trong đó nguồn phát là các nhà máy điện, hệ thống
truyền tải điện bao gồm các máy biến áp truyền tải và đường dây truyền tải, hệ
thống phân phối điện bao gồm các trạm biến áp phân phối và lưới điện phân phối
Nguồn phát: Bao gồm các nhà máy thủy điện, nhiệt điện, nhà máy điện hạt
nhân, … Các máy phát có điện áp từ 10 – 30kV, tại các nhà máy điện có các máy
biến tăng áp làm tăng điện áp để kết nối các nhà máy điện với lưới truyền tải quốc
gia.
Hệ thống truyền tải điện: Bao gồm các đường dây truyền tải làm nhiệm vụ
truyền tải điện với khoảng cách xa và các máy biến áp truyền tải hạ áp làm giảm
điện áp của lưới điện xuống bằng với cấp điện áp của lưới phân phối. Các cấp điện
áp của lưới điện truyền tải Việt Nam bao gồm 500kV, 220kV, 110kV.
Hệ thống phân phối điện: Bao gồm các máy biến áp phân phối và hệ thống
lưới phân phối điện cung cấp điện đến các hộ tiêu thụ.
1
Hình 1.1. Mô hình hệ thống điện
1.2. Hệ thống phân phối điện
Hệ thống phân phối điện bao gồm các máy biến áp phân phối và hệ thống
lưới phân phối. Hệ thống phân phối điện có nhiệm vụ truyền tải công suất từ lưới
truyền tải đến các trạm biến áp hạ áp cung cấp điện năng đến khách hàng.
LPP bao gồm hai phần : LPP trung áp và LPP hạ áp. LPP trung áp thông
thường có cấp điện áp từ 6 kV tới 35 kV làm nhiệm vụ phân phối điện cho các trạm
2
biến áp phân phối trung áp / hạ áp. Lưới hạ áp cung cấp điện cho các phụ tải hạ áp
với điện áp thông thường 380/220 V.
LPP có chiều dài tương đối lớn, đường dây phân nhánh, hình tia hoặc mạch
vòng cung cấp điện trực tiếp cho các hộ tiêu thụ, do đó những nguyên nhân gây ảnh
hưởng đến quá trình truyền tải của lưới phân phối đều liên quan trực tiếp cho các hộ
tiêu thụ. Theo thống kê có tới hơn 90% các sự cố mà khách hàng gặp phải về độ tin
cậy cung cấp điện là do lưới phân phối.
Như vậy trong thiết kế và vận hành lưới phân phối cần phải đưa ra các
phương án sao cho đảm bảo được chất lượng năng lượng và có dự phòng hợp lý khi
xảy ra sự cố, nhằm giảm xác xuất xảy ra sự cố và những thiệt hại về kinh tế đối với
các hộ tiêu thụ.
Các phần tử của hệ thống phân phối điện bao gồm:
− Máy biến áp trung gian, máy biến áp phân phối.
− Thiết bị dẫn điện: Đường dây điện gồm dây dẫn và phụ kiện.
− Thiết bị đóng cắt và bảo vệ: Máy cắt, dao cách ly, cầu chì, hệ thống bảo
vệ rơle, aptômát, bảo vệ chống quá điện áp, giảm dòng ngắn mạch.
− Thiết bị điều chỉnh điện áp: Thiết bị điều áp dưới tải trong trạm trung
gian, thiết bị thay đổi đầu phân áp ngoài tải ở máy biến áp phân phối, tụ
bù ngang, tụ bù dọc, thiết bị đối xứng hoá, thiết bị lọc sóng hài bậc cao…
− Thiết bị đo lường: Công tơ đo điện năng tác dụng, điện năng phản kháng,
đồng hồ đo điện áp và dòng điện…, thiết bị truyền thông tin đo lường.
− Thiết bị giảm tổn thất điện năng: Tụ bù.
− Thiết bị nâng cao độ tin cậy: Thiết bị tự đóng lại, thiết bị tự đóng nguồn
dự trữ, máy cắt hoặc dao cách ly phân đoạn, các khớp nối dễ tháo trên
đường dây, kháng điện hạn chế ngắn mạch…
− Thiết bị điều khiển xa hoặc tự động: Máy tính điện tử, thiết bị đo xa.
Mỗi phần tử trên đều có các thông số đặc trưng (như công suất và điện áp
định mức, tiết diện dây dẫn, điện trở, điện kháng, điện dung, dòng điện cho phép,
3
tần số định mức, khả năng đóng cắt, kích thước…) được chọn trên cơ sở tính toán
kỹ thuật.
Những phần tử có dòng công suất đi qua (như máy biến áp, dây dẫn, thiết bị
đóng cắt, máy biến dòng, tụ bù…) thì thông số của chúng ảnh hưởng trực tiếp đến
thông số chế độ (điện áp, dòng điện, công suất) nên được dùng để tính toán chế độ
làm việc của lưới phân phối.
Một số phần tử có thể thay đổi trạng thái trong khi đang mang điện (dưới tải)
như: máy cắt, aptomat, các thiết bị điều chỉnh dưới tải. Một số khác có thể thay đổi
trạng thái khi cắt điện như: dao cách ly, đầu phân áp cố định. Máy biến áp và đường
dây nhờ có các máy cắt có thể thay đổi trạng thái dưới tải. Nhờ các thiết bị phân
đoạn, đường dây điện được chia làm nhiều phần tử lưới.
1.2.1. Trạm biến áp phân phối
Hình 1.2. Các phần tử trạm biến áp phân phối
4
Trong trạm biến áp phân phối có rất nhiều phần tử, một số phần tử chính của
trạm biến áp phân phối:
Dao cách ly – Dùng để cách ly đường dây để sửa chữa sự cố hoặc bảo dưỡng.
Thanh cái – Được làm từ các thanh kim loại liền khối, chúng được sơn các lớp
cách điện và phải được kiểm tra độ ổn định động cơ học do chúng phải chịu dòng
ngắn mạch lớn.
Mắt cắt – Các máy cắt được phân loại dựa trên dòng định mức, dòng ngắn mạch,
điện áp và vật chất cách điện dập hồ quang. Hiện nay các mắt cắt được chế tạo có
dòng định mức lên đến 5000A và có khả năng cắt dòng ngắn mạch lên đến 64kA.
Máy cắt hợp bộ - Là hệ thống bao gồm dao cách ly và máy cắt, mắt cắt hợp bộ
không có khả năng cắt dòng ngắn mạch cao như máy cắt thông thường tuy nhiên nó
tiết kiệm được không gian và giá thành rẻ hơn so với hệ thống bao gồm dao cách ly
và máy cắt thông thường.
Máy biến dòng và máy biến điện áp – Là thiết bị làm giảm điện áp và dòng điện
để cung cấp tín hiệu điện áp và dòng điện cho các thiết bị điều khiển và bảo vệ.
Máy biến áp – Là thiết bị làm giảm cấp điện áp từ lưới truyền tải xuống cấp điện áp
của lưới phân phối.
Ngoài các phần tử chính trong trạm biến áp phân phối còn có hệ thống bảo
vệ role, hệ thống giám sát điều khiển điều khiển trạm (SCADA), các tủ phân phối
trung áp,…
1.2.2. Đặc điểm lưới phân phối
Lưới phân phối có tầm quan trọng cũng như có ảnh hưởng lớn đến chỉ tiêu
kinh tế, kỹ thuật của hệ thống điện như:
− Trực tiếp cấp điện và đảm bảo chất lượng điện năng cho phụ tải (chủ yếu
là điện áp).
5
− Giữ vai trò rất quan trọng trong đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cho
phụ tải. Mỗi một sự cố trên lưới phân phối trung áp đều ảnh hưởng trực
tiếp đến sinh hoạt của nhân dân và các hoạt động kinh tế, xã hội.
−
Tỷ lệ điện năng bị mất (điện năng mất/tổng điện năng phân phối) do
ngừng điện được thống kê như sau:
+ Do ngừng điện lưới 110kV trở lên
:
(0.1-0.3)x10-4.
+ Do sự cố lưới điện trung áp
:
4.5x10-4.
+ Do ngừng điện kế hoạch lưới trung áp
:
2.5x10-4.
+ Do sự cố lưới điện hạ áp
:
2.0x10-4.
+ Do ngừng điện kế hoạch lưới hạ áp
:
2.0x10-4.
− Điện năng bị mất do sự cố và ngừng điện kế hoạch trong lưới phân phối
chiếm 98%. Ngừng điện (sự cố hay kế hoạch) trên lưới phân phối trung
áp có ảnh hưởng rất lớn đến các hoạt động kinh tế xã hội.
− Chi phí đầu tư xây dựng lưới phân phối chiếm tỷ lệ lớn khoảng 50% của
hệ thống điện (35% cho nguồn điện, 15% cho lưới hệ thống và lưới
truyền tải).
− Tổn thất điện năng trong lưới phân phối lớn gấp 2-3 lần lưới truyền tải và
chiếm (65-70)% tổn thất toàn hệ thống.
− Lưới phân phối gần với người sử dụng điện do đó vấn đề an toàn điện
cũng rất quan trọng.
Chất lượng lưới phân phối được đánh giá trên 3 mặt:
− Sự phục vụ đối với khách hàng.
− Ảnh hưởng tới môi trường.
− Hiệu quả kinh tế đối với cách doanh nghiệp cung cấp điện.
Các tiêu chuẩn đánh giá như sau:
− Chất lượng điện áp.
− Độ tin cậy cung cấp điện.
− Hiệu quả kinh tế (giá thành tải điện nhỏ nhất).
− Độ an toàn (an toàn cho người, thiết bị phân phối, nguy cơ hoả hoạn).
6
− Ảnh hưởng đến môi trường (cảnh quan, môi sinh, ảnh hưởng đến đường
dây thông tin).
Trong vận hành lưới phân phối được đánh giá thường xuyên dựa trên tính
toán các tiêu chí chất lượng. Từ đó thực hiện các biện pháp làm tăng chất lượng của
lưới phân phối hoặc kịp thời sửa chữa cải tạo lưới sao cho các chỉ tiêu chất lượng
không vượt quá giá trị cho phép. Các tiêu chuẩn chất lượng còn dùng để đánh giá
hiệu quả của hệ thống quản lý vận hành LPP.
1.2.3. Lưới phân phối trung áp
1.2.3.1. Phân loại lưới điện phân phối trung áp:
Lưới điện phân phối trung áp được phân theo 3 dạng sau:
− Theo đối tượng và địa bàn phục vụ: có 3 loại
+ Lưới phân phối thành phố
+ Lưới phân phối nông thôn
+ Lưới phân phối xí nghiệp
− Theo thiết bị dẫn điện:
+ Lưới phân phối trên không
+ Lưới phân phối cáp ngầm
− Theo cấu trúc hình dáng:
+ Lưới phân phối hở (hình tia) có phân đoạn và không phân đoạn.
+ Lưới phân phối kín vận hành hở (LPP K/H).
+ Hệ thống phân phối điện.
1.2.3.2. Cấu trúc lưới phân phối trung áp
Cấu trúc tổng thể và cấu trúc vận hành
Cấu trúc tổng thể của lưới bao gồm các phần tử và sơ đồ lưới đầy đủ. Muốn
lưới điện có độ tin cậy cung cấp điện cao thì cấu trúc tổng thể phải là cấu trúc thừa.
Thừa về số phần tử, về khả năng tải của các phần tử, và thừa về khả năng lập sơ đồ.
Ngoài ra trong vận hành còn phải dự trữ các thiết bị thay thế và vật liệu để sửa
chữa.
7
Có cấu trúc vận hành bình thường gồm các phần tử tham gia vận hành và các
sơ đồ vận hành do người vận hành lựa chọn. Khi có thể có nhiều cấu trúc vận hành
thoả mãn điều kiện kỹ thuật, người ta phải chọn cấu trúc vận hành tối ưu theo điều
kiện kinh tế, ví dụ: sao cho tổn thất điện năng nhỏ nhất.
Cấu trúc tĩnh
Trong cấu trúc này lưới phân phối không thể thay đổi sơ đồ vận hành. Ở cấu
trúc này khi cần bảo dưỡng hay sự cố thì toàn lưới phân phối hoặc một phần lưới
phân phối phải ngừng điện. Đó là lưới phân phối hình tia không phân đoạn và hình
tia phân đoạn bằng dao cách ly hoặc máy cắt.
Cấu trúc động không hoàn toàn
Trong cấu trúc này lưới phân phối có thể thay đổi sơ đồ vận hành ngoài tải,
tức là trong khi lưới phân phối bị cắt điện, đó là cấu trúc lưới kín vận hành hở.
Cấu trúc động hoàn toàn
Trong cấu trúc này lưới phân phối có thể thay đổi sơ đồ vận hành ngay cả
khi đang làm việc. Cũng 2 mức cấu trúc động hoàn toàn, ở mức thấp trong khi thay
đổi cấu trúc gây ra mất điện tạm thời ngắn hạn, còn ở mức cao sự thay đổi cấu trúc
không gây ra mất điện. Lưới điện phân phối của các nước phát triển cao hiện đang ở
mức thấp và đang thử nghiệm ở mức cao.
Cấu trúc phát triển
Đó là lưới phân phối cấp điện cho phụ tải đang còn tăng trưởng theo thời
gian và trong không gian. Khi thiết kế quy hoạch lưới này sơ đồ của nó được chọn
theo tình huống cụ thể và tính đến sự phát triển trong tương lai.
Cấu trúc bão hoà
Đó là lưới phân phối hoặc bộ phận của nó cấp điện cho phụ tải bão hoà,
không tăng thêm theo thời gian và không gian, ví dụ lưới phân phối của một xí
nghiệp không có dự kiến phát triển, của một phân xưởng, của một nhà cao tầng, của
một nhà ở gia đình, chiếu sáng một đường phố, cấp điện một khu dân cư đã hoàn
chỉnh (ở các nước phát triển)…
8
Đối với lưới phân phối bão hoà người ta có các sơ đồ thiết kế chuẩn, mẫu đã
được tính toán tối ưu. Khi lưới phân phối bão hoà bắt đầu hoạt động, có thể phụ tải
của nó chưa bão hoà mà còn tăng trưởng, nhưng khi thiết kế đã tính cho phụ tải cuối
cùng của trạng thái bão hoà.
1.2.3.3. Sơ đồ lưới phân phối trung áp
Lưới phân phối hình tia không phân đoạn
Là sơ đồ lưới điện phân phối giai đoạn mới hình thành, phát triển. Lưới hình
tia có đặc điểm là đơn giản, rẻ tiền nhưng độ tin cậy kém, không đáp ứng được nhu
cầu của phụ tải điện.
MC
(1)
1
(2)
2
(3)
3
(4)
4
(5)
5
Pmax
Pmax
Pmax
Pmax
Pmax
1
2
3
4
5
Hình 1.3. Lưới phân phối hình tia không phân đoạn
Lưới phân phối hình tia phân đoạn
Để nâng cao độ tin cậy, lưới phân phối hình tia được chia thành nhiều phân
đoạn với các thiết bị đóng cắt. Thô sơ nhất là phân đoạn bằng dao cách ly thao tác
tại chỗ. Khi xảy ra sự cố, máy cắt đầu nguồn cắt ra, sau khi xác định được đoạn lưới
bị sự cố, dao cách ly được mở để cắt đoạn lưới hỏng ra rồi đóng lại máy cắt đầu
nguồn, cấp điện trở lại cho đoạn lưới không bị hỏng. Dao cách ly có thể được thay
bằng các máy cắt hiện đại không phải bảo quản, được điều khiển từ xa bởi các trung
tâm điều khiển, được trang bị tự động đóng lại.
MC
1
(1)
(2)
(3) 3
2
(4)
4
(5)
5
Pmax
Pmax
Pmax
Pmax
Pmax
1
2
3
4
5
Hình 1.4. Lưới phân phối hình tia phân đoạn
9
Lưới phân phối kín vận hành hở
Lưới phân phối kín vận hành hở có độ tin cậy và chỉ tiêu kinh tế cao hơn
lưới phân phối hình tia. Trạm biến áp phân phối có thể được nối vào hai nguồn khác
nhau. Khi sự cố, thiết bị phân đoạn ở đầu đoạn lưới bị sự cố được cắt ra bằng tay
MC
1
(1)
Pmax
MC
(3) 3
2
(2)
1
(10
)
2
3
9
(9) 8
4
(5)
Pmax
Pmax
Pmax
(11) 1
0
(4)
(8)
4
7
5
Pmax
(7)
5
6
Pmax1
Pmax
Pmax
Pmax
Pmax
0
9
8
7
6
Hình 1.5. Lưới phân kín vận hành hở
(6
)
hoặc tự động, sau đó máy cắt nguồn và máy cắt để hở lúc vận hành được đóng lại
cấp điện cho các đoạn lưới tốt.
Trạm phân phối được cung cấp bằng cả hai đường dây song song
Hai đường dây song song cung cấp điện cho các trạm biến áp phân phối. Các
đường dây có thể được lấy điện từ hai mạch nguồn khác nhau để tạo thành mạch
nguồn.
Hình 1.6. Trạm phân phối được cấp điện từ hai đường dây song song
Sơ đồ mạch liên nguồn
10
Các trạm phân phối được cung cấp từ nhiều nguồn lấy điện từ thanh góp hạ
áp của các trạm biến áp trung gian. Trong chế độ làm việc bình thường được tách ra
để vận hành hở mạch.
Hình 1.7. Mạch liên nguồn
Sơ đồ sử dụng đường dây dự phòng chung
Khi mật độ các trạm phân phối nhiều, để tiết kiệm vốn đầu tư mà vẫn đảm
bảo được độ tin cậy có thể sử dụng sơ đồ sau:
Hình 1.8. Sơ đồ sử dụng đường dây dự phòng chung
1. Thanh góp trạm biến áp trung gian
2. Trạm cắt
Trạm phân phối được cung cấp điện thông qua trạm cắt.
Khi trạm biến áp trung gian ở xa trung tâm phụ tải thì mạng điện phân phối
được cung cấp điện thông qua trạm cắt. Người ta sử dụng hai đường dây liên lạc
giữa trạm cắt và hai phân đoạn thanh cái hạ áp của máy biến áp trung gian, sau đó
các đường dây phân phối được cung cấp điện từ trạm cắt.
Sơ đồ này áp dụng cho cả lưới phân phối cáp và lưới phân phối trên không.
11
Hình 1.9. Cung cấp điện thông qua trạm cắt
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 kín. Trong
quá trình vận hành bình thường các mạch kín này được tách ra tại các điểm cắt của
lưới để vận hành hở mạch thông qua các thiết bị phân đoạn. Các điểm cắt này được
thay đổi thường xuyên trong quá trình vận hành khi đồ thị phụ tải thay đổi.
Để lựa chọn được sơ đồ vận hành tối ưu nhất thường sử dụng tính toán trên
máy tính điện tử từ các số liệu đó ta đặt trên các điểm kiểm tra của hệ thống phân
phối điện. Khi xảy ra sự cố, máy tính điện tử sẽ tính toán đưa ra phương án vận
hành thay thế tốt nhất. Nhân viên vận hành thực hiện các sơ đồ tối ưu đó bằng các
thiết bị điều khiển từ xa.
Hình 1.10. Sơ đồ hệ thống phân phối điện
TG1, TG2, TG3, TG4: Thanh góp hạ áp của các trạm biến áp trung gian
: Điểm tách lưới tạo thành mạch hở trong vận hành.
12
