Nghiên cứu giảm tổn thất điện năng cho lưới điện phân phối của điện lực thành phố cà mau
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.49 MB, 82 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM
---------------------------
HUỲNH VĂN VẤN
NGHIÊN CỨU GIẢM TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG
CHO LƯỚI ĐIỆN CHO ĐIỆN LỰC
THÀNH PHỐ CÀ MAU
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã số ngành: 60520202
TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 08 năm 2018
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM
---------------------------
HUỲNH VĂN VẤN
NGHIÊN CỨU GIẢM TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG
CHO LƯỚI ĐIỆN CHO ĐIỆN LỰC
THÀNH PHỐ CÀ MAU
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã số ngành: 60520202
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN XUÂN HOÀNG VIỆT
TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 08 năm 2018
CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS. Nguyễn Xuân Hoàng Việt
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Công nghệ Tp. HCM
ngày … tháng … năm …
Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ)
Họ và tên
TT
Chức danh Hội đồng
1
Chủ tịch
2
Phản biện 1
3
Phản biện 2
4
Ủy viên
5
Ủy viên, Thư ký
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được
sửa chữa (nếu có).
Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM
VIỆN ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
Tp. HCM, ngày......tháng........năm 20...
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: Huỳnh Văn Vấn
Giới tính: Nam
Ngày, tháng, năm sinh:
Nơi sinh:
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
MSHV:
I- Tên đề tài:
Nghiên cứu giảm tổn thất điện năng cho lưới điện phân phối của Điện lực
Thành phố Cà Mau
II- Nhiệm vụ và nội dung:
- Nghiên cứu tổng quan các giải pháp giảm tổn thất điện năng cho lưới điện phân
phối.
- Phân tích nguyên nhân và đề xuất các giải pháp tổn thất điện năng.
- Phân tích hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của các giải pháp đề xuất.
- Áp dụng tính toán cho lưới điện phân phối của Điện lực Thành phố Cà Mau.
III- Ngày giao nhiệm vụ:
IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ:
V- Cán bộ hướng dẫn: TS. Nguyễn Xuân Hoàng Việt
CÁN BỘ HUỚNG DẪN
(Họ tên và chữ ký)
KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH
(Họ tên và chữ ký)
i
LỜI CAM ÐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết
quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng đuợc ai công bố trong bất kỳ
công trình nào khác.
Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã
đuợc cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã đuợc chỉ rõ nguồn gốc.
Học viên thực hiện Luận văn
Huỳnh Văn Vấn
ii
LỜI CÁM ƠN
Đầu tiên, Em xin chân thành cám ơn Trường Đại học Công nghệ TP. HCM,
Viện đào tạo sau đại học, Viện Kỹ thuật HUTECH đã hỗ trợ, tạo điều kiện thuận lợi
cho em hoàn thành khóa học và đề tài luận văn.
Đặc biệt em xin chân thành cám ơn Thầy, TS. Nguyễn Xuân Hoàng Việt đã
tận tình giúp đỡ, đóng góp những ý kiến quý báo và hướng dẫn em thực hiện hoàn
thiện luận văn này.
Cuối cùng, xin cảm ơn tập thể lớp 16SMĐ12, đồng nghiệp và gia đình đã tạo
điều kiện thuận lợi, giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện luận văn.
Huỳnh Văn Vấn
iii
TÓM TẮT
Luận văn nghiên cứu thực trạng và đề xuất các giải pháp giảm tổn thất điện
năng cho lưới điện phân phối của Điện lực Thành phố Cà Mau.
Qua khảo sát thực trạng lưới điện phân phối của Điện lực Thành phố Cà Mau
cho thấy rằng ảnh hưởng của điện trở dây dẫn vận hành lâu năm tác động lớn đến tổn
thất điện năng của lưới điện phân phối Điện lực Thành phố Cà Mau. Đây là một trong
các giải pháp chính mà luận văn sẽ tập trung phân tích.
Để thực hiện được thành công giải pháp đề xuất trên, luận văn sẽ thực hiện
nghiên cứu các cơ sở lý thuyết liên quan bao gồm:
+ Tổn thất điện năng của lưới điện phân phối.
+ Phân tích các nguyên nhân gây ra tổn thất điện năng của lưới điện phân phối.
Để triển khai giải pháp áp dụng cho lưới điện phân phối Điện lực Thành phố
Cà Mau, luận văn đã thực hiện khảo sát, thu thập và tổng hợp hiện trạng lưới điện
khu vực Thành phố Cà Mau.
Giải pháp đề xuất đã cho thấy được các lợi ích kinh tế và kỹ thuật. Kết quả
đánh giá này có thể làm tiền đề định hướng cho việc triển khai áp dụng vào lưới
điện phân phối Điện lực Thành phố Cà Mau.
iv
ABSTRACT
This thesis studies the situation and proposes solutions to reduce power
losses for distribution power systems of Power Company of Ca Mau City.
Through the survey for the status of distribution power systems of Power
Company of Ca Mau City shows that the influence of the resistance of distribution
lines operating for a long time impacts on power losses of distribution power
system of Power Company of Ca Mau City. This is one of the major solutions that
the thesis will focus on.
In order to successfully implement the proposed solution, the thesis will
research on the related background including:
+ Power losses of distribution power systems.
+ Causes of power losses of distribution power systems.
To deploy the solutions applied to the distribution power system of Power
Company of Ca Mau City, the thesis has conducted a survey, collect and synthesize
the current states of the Ca Mau City’s grid.
The proposed solutions demonstrate the economic and technical benefits.
This evaluation result can be a guiding premise for the application to Ca Mau City’s
grid.
v
MỤC LỤC
LỜI CAM ÐOAN ....................................................................................................... i
LỜI CÁM ƠN ............................................................................................................ ii
TÓM TẮT ................................................................................................................. iii
ABSTRACT .............................................................................................................. iv
MỤC LỤC ...................................................................................................................v
DANH MỤC CÁC BẢNG...................................................................................... viii
DANH MỤC CÁC HÌNH ......................................................................................... ix
Chương 1 .....................................................................................................................1
GIỚI THIỆU CHUNG ................................................................................................1
1.1. Giới thiệu..........................................................................................................1
1.2. Mục tiêu, nội dung và phương pháp nghiên cứu..............................................2
1.2.1. Mục tiêu nghiên cứu..................................................................................2
1.2.2. Nội dung nghiên cứu .................................................................................2
1.2.3. Phương pháp nghiên cứu...........................................................................3
1.3. Giá trị thực tiễn của luận văn ...........................................................................3
1.4. Bố cục của luận văn .........................................................................................3
Chương 2 .....................................................................................................................4
CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG CỦA LƯỚI ĐIỆN PHÂN
PHỐI............................................................................................................................4
2.1. Giới thiệu..........................................................................................................4
2.1.1. Tổn thất kỹ thuật .......................................................................................4
2.1.2. Tổn thất thương mại (phi kỹ thuật) ...........................................................5
2.2. Ý nghĩa của tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong mạng điện ...........5
2.3. Các phương pháp tính toán tổn thất điện năng ................................................8
2.3.1. Phương pháp cơ bản của Junle và Lens ....................................................8
2.3.2. Phương pháp bậc thang hóa đồ thị phụ tải ................................................8
2.3.3. Phương pháp tính tổn thất theo thời gian tổn thất lớn nhất.......................9
2.3.4. Phương pháp hệ số tổn thất công suất .......................................................9
2.3.5. Phương pháp hai đường thẳng ................................................................10
2.4. Lựa chọn phương pháp tính ...........................................................................10
vi
2.4.1. Yêu cầu....................................................................................................10
2.4.2. Phân tích phương pháp ............................................................................11
2.4.3. So sánh lựa chọn phương pháp tính toán ................................................11
2.5. Cơ sở tính toán tổn thất điện năng trên lưới điện ...........................................12
2.6. Một số phương án giảm tổn thất trên lưới điện phân phối .............................14
Chương 3 ...................................................................................................................19
PHÂN TÍCH HIỆN TRẠNG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THÀNH PHỐ CÀ MAU19
3.1. Hiện trạng lưới điện phân phối Tp. Cà Mau ..................................................19
3.1.1. Nguồn điện ..............................................................................................19
3.1.2. Đường dây phân phối ..............................................................................19
3.1.2.1. Các phát tuyến 22 kV thuộc trạm 110 kV Cà Mau ..........................19
3.1.2.2. Các phát tuyến 22 kV thuộc trạm 110 kV An Xuyên ......................20
3.1.2.3. Thông số vận hành của các phát tuyến ............................................20
3.1.3. Trạm biến áp phân phối ..........................................................................21
3.2. Tổn thất điện năng của lưới điện phân phối Tp. Cà Mau ..............................22
3.3. Phân tích nguyên nhân gây ra tổn thất điện năng ..........................................24
3.3.1. Dây dẫn vận hành lâu năm ......................................................................25
3.3.1.1. Phân tích tổn thất điện năng trên đường dây trung thế 22/12,7kV ..25
3.3.1.2. Phân tích tổn thất điện năng trên đường dây hạ thế 0,4/0,23kV ......30
Chương 4 ...................................................................................................................61
GIẢI PHÁP GIẢM TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THÀNH
PHỐ CÀ MAU ..........................................................................................................61
4.1. Giải pháp giảm tổn thất điện năng .................................................................61
4.2. Thay thế toàn bộ dây dẫn vận hành trên 10 năm của lưới điện trung thế ......61
4.3. Phân tích hiệu quả kinh tế kỹ thuật ................................................................66
4.3.1. Đường dây trung thế ...............................................................................66
4.3.2. Đường dây hạ thế ....................................................................................66
4.4. Đề xuất phương án cải tạo..............................................................................67
Chương 5 ...................................................................................................................68
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN TƯƠNG LAI .........................................68
5.1. Kết luận ..........................................................................................................68
vii
5.2. Hướng phát triển của đề tài ............................................................................68
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................69
viii
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 3.1. Chiều dài các phát tuyến thuộc trạm 110 kV Cà Mau ..............................19
Bảng 3.2. Chiều dài các phát tuyến thuộc trạm 110 kV An Xuyên ..........................20
Bảng 3.3. Dòng điện định mức theo công suất đặt và dòng thực tế vận hành ..........20
Bảng 3.4. Trạm biến áp phân phối Điện lực Tp. Cà Mau .........................................21
Bảng 3.5. Thời gian vận hành TBA Điện lực Tp. Cà Mau .......................................22
Bảng 3.6. Tổn thất điện năng lý thuyết của lưới điện phân phối Tp. Cà Mau ..........22
Bảng 3.7. Tổn thất điện năng thực tế của lưới điện phân phối Tp. Cà Mau .............23
Bảng 3.8. So sánh tổn thất giữa lý thuyết tính toán và thực tế của năm 2017 ..........24
Bảng 3.9. Thông số dây dẫn vận hành trên 10 năm của Công ty Điện lực Cà Mau .26
Bảng 3.10. Tổng hợp dây dẫn trung thế 22 kV của lưới điện Tp. Cà Mau...............26
Bảng 3.11. Phân tích chiều dài và chủng loại dây của đường dây trung thế 22 kV .28
Bảng 3.12. Tổn thất trên lưới điện đường dây 22kV Điện lực Tp. Cà Mau. ............29
Bảng 3.13. Tổng hợp tổn thất điện năng thực tế các trạm biến áp tương ứng với dây
dẫn hiện hữu đang vận hành......................................................................................30
Bảng 3.14. Phân tích chủng loại, chiều dài đường dây hạ thế Tp. Cà Mau ..............58
Bảng 3.15. Kết quả tính tổn thất điện năng trên lưới hạ thế năm 2017 từ phần mềm
PSS/ADEPT. .............................................................................................................59
Bảng 3.16. Tổn thất trên lưới điện đường dây hạ thế 0,4kV Điện lực Tp. Cà Mau. 60
Bảng 4.1. Suất vốn đầu tư xây dựng công trình đường dây tải điện (Theo Quyết
định số 706/QĐ-BXD ngày 30/6/2017) ....................................................................61
Bảng 4.2. Suất vốn cải tạo công trình đường dây tải điện năm 2017 (Theo thống kê
Ban Quản Lý Dự án Công ty Điện lực Cà Mau).......................................................62
Bảng 4.3. Tổng hợp chiều dài, chủng loại dây đường dây trung thế 22 kV .............63
Bảng 4.4. Chi phí cải tạo toàn bộ đường dây trung thế vận hành trên 10 năm .........64
Bảng 4.5. Tổng hợp chiều dài đường dây hạ thế Tp. Cà Mau ..................................64
Bảng 4.6. Bảng tính chi phí cải tạo toàn bộ đường dây hạ thế vận hành trên 10 năm
...................................................................................................................................65
ix
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 2.1. Đồ thị phụ tải I(t) theo thời gian .................................................................8
Hình 2.2. Sơ đồ xác định tổn thất điện năng trên lưới điện bằng thiết bị đo ............13
1
Chương 1
GIỚI THIỆU CHUNG
1.1. Giới thiệu
Để vận hành lưới điện hiệu quả thì ngoài chất lượng điện năng ra, vấn đề
quan trọng cần phải được giải quyết là tổn thất điện năng tối thiểu. Theo thống kê
của Tập đoàn Điện lực Việt Nam thì tổng tổn thất điện năng khoảng từ 7-8% sản
lượng điện sản xuất, trong đó lưới điện phân phối chiếm 3-4%. Do điều kiện tự
nhiên rất đặc thù nên Tỉnh Cà Mau là một trong các địa bàn có tỉ lệ tổn thất cao trên
lưới điện phân phối. Trong năm năm gần đây Công ty Điện lực Cà Mau đạt được
nhiều thành tựu về giảm tổn thất điện năng đưa tỉ lệ tổn thất xuống gần 6%. Trong
đó, địa bàn Tp. Cà Mau là đầu tàu với tỉ lệ giảm tổn thất nhanh nhất về 3,37%. Để
đạt được nhiều hơn nửa thành tựu giảm tổn thất điện năng trên địa bàn, nhiều bài
toán và phương án vận hành được đặt ra và phải thực hiện liên tục. Việc nghiên cứu
các biện pháp giảm tổn thất điện năng trên lưới điện phân phối là một nhu cầu bức
xúc, hứa hẹn mang lại nhiều lợi ích kinh tế.
Về mặt lý thuyết, có nhiều biện pháp để giảm tổn thất điện năng trên lưới
điện phân phối như: Tái cấu trúc lưới điện, nâng cao điện áp vận hành lưới điện
phân phối, thay mới dây dẫn vận hành lâu năm, tăng tiết diện dây dẫn, thay máy
biến áp vận hành quá tải, non tải hoặc giảm truyền tải công suất phản kháng trên
lưới điện bằng cách lắp đặt tụ bù…
Trong nhiều năm liền, Điện lực Tp. Cà Mau đã thực hiện tái cấu trúc lưới
điện và đạt được nhiều thành tựu đáng kể. Đến nay, các mạch vòng gần như tối ưu,
các biện pháp giảm bán kính cấp điện, tăng tiết diện dây dẫn đã làm giảm đáng kể
tổn thất điện năng trên lưới điện phân phối.
Tuy nhiên, trong quá trình vận hành và kiểm tra các thông số kỹ thuật dây
dẫn, nhận thấy điện trở dây dẫn thay đổi rất lớn làm tăng tổn thất trên lưới điện. Để
xét sự ảnh hưởng của dây dẫn vận hành lâu năm lên tổn thất, đề tài tập trung nghiên
cứu về ảnh hưởng của điện trở dây dẫn lên tổn thất điện năng, phân tích hiệu quả
kinh tế đạt được khi ta thay mới các dây dẫn vận hành lâu năm.
2
1.2. Mục tiêu, nội dung và phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu của đề tài góp phần đánh giá được sự tác động của môi trường
lên điện trở dây dẫn, định lượng tương đối tuổi thọ dây dẫn nhằm đề xuất các giải
pháp đầu tư, cải tạo phù hợp với môi trường, khí hậu nhiễm mặn tại Cà Mau, định
lượng tuổi thọ dây dẫn để quyết định thay mới nhằm giảm tối đa tổn thất trên lưới
điện phân phối.
1.2.1. Mục tiêu nghiên cứu
- Mục tiêu tổng quát:
Nội dung chính của đề tài là phân tích ảnh hưởng của điện trở dây dẫn lên
tổn thất lưới điện, đánh giá hiện trạng lưới điện Tp. Cà Mau. Phân tích hiệu quả
kinh tế của các giải pháp cải tạo, đầu tư lưới điện và vận hành có hiệu quả giảm tổn
thất điện năng.
- Mục tiêu cụ thể:
Trên cơ sở lý lịch đường dây trung hạ thế và trạm biến áp, xác định thời gian
vận hành của dây dẫn, thiết bị. Trên cơ sở ghi nhận, phân vùng tổn thất điện năng,
tính toán tổn thất từng phát tuyến, đề xuất một giải pháp đầu tư, cải tạo mang lại lợi
ích kinh tế, vận hành an toàn, đảm bảo phát triển kinh tế xã hội địa phương.
1.2.2. Nội dung nghiên cứu
+ Nghiên cứu tổn thất điện năng trên lưới điện từ ảnh hưởng của điện trở dây
dẫn;
+ Nghiên cứu tổn thất trên đường dây trung thế và đường dây hạ thế;
+ Tính toán chi phí cải tạo dây dẫn và hiệu quả đạt được sau khi cải tạo;
+ Thời gian hoàn vốn đầu tư từ việc giảm tổn thất điện năng.
+ Nghiên cứu tính toán tổn thất điện năng cho lưới điện phân phối Tp. Cà
Mau.
+ Khảo sát, đo điện trở tất cả dây dẫn thu hồi vận hành lâu năm trên lưới điện
phân phối.
+ Sử dụng phần mềm PSS/Adept tính toán tổn thất điện năng theo dây dẫn
mới.
+ So sánh giá trị tổn thất thực tế và giá trị tính toán.
3
1.2.3. Phương pháp nghiên cứu
Luận văn được thực hiện dựa trên các phương pháp sau:
+ Thu thập tài liệu liên quan đến tổn thất điện năng.
+ Thu thập số liệu vận hành của lưới điện phân phối Tp. Cà Mau.
+ Thu thập số liệu điện trở của tất cả các loại dây dẫn thu hồi.
+ Phân tích tổn thất dựa trên thay đổi thông số điện trở dây dẫn.
+ Tính toán chi phí thực hiện cải tạo nhằm giảm tổn thất điện năng đến giá trị
mong muốn.
+ Phân tích hiệu quả kinh tế đạt được sau khi áp dụng giải pháp.
1.3. Giá trị thực tiễn của luận văn
Luận văn tiến hành phân tích giá trị thực tế vận hành của dây dẫn ở khu vực
khí hậu nhiễm mặn, phân tích tổn thất điện năng thực tế của lưới điện phân phối Tp.
Cà Mau.
Trên cơ sở các phân tích, luận văn tiến hành tổng hợp toàn cảnh lưới điện
Tp. Cà Mau, định hướng kế hoạch sửa chữa, cải tạo và đầu tư lưới điện một cách
hiệu quả.
Luận văn tập trung vào việc phân tích ảnh hưởng của điện trở dây dẫn vận
hành lâu năm lên tổn thất điện năng giúp định hướng, định lượng kế hoạch sửa
chữa, cải tạo, đầu tư lưới điện một cách hiệu quả.
Luận văn này có thể được sử dụng làm tài liệu tham khảo cho công tác
nghiên cứu và vận hành lưới điện phân phối.
1.4. Bố cục của luận văn
Luận văn bao gồm các chương như sau:
Chương 1: Giới thiệu chung
Chương 2: Cơ sở lý thuyết về tổn thất điện năng của lưới điện phân phối
Chương 3: Phân tích hiện trạng lưới điện phân phối Thành phố Cà Mau
Chương 4: Giải pháp giảm tổn thất điện năng lưới điện phân phối Thành phố Cà
Mau
Chương 5: Kết luận và hướng phát triển trong tương lai
4
Chương 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG CỦA
LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI
2.1. Giới thiệu
Tổn thất điện năng trên hệ thống điện là lượng điện năng tiêu hao cho quá
trình truyền tải và phân phối điện từ thanh cái các nhà máy điện qua hệ thống lưới
điện truyền tải, lưới điện phân phối đến các hộ sử dụng điện. Tổn thất điện năng
được chia làm hai loại: Tổn thất kỹ thuật và tổn thất thương mại.
2.1.1. Tổn thất kỹ thuật
Tổn thất kỹ thuật chủ yếu trên dây dẫn và các máy biến áp phân phối gồm
tổn thất công suất tác dụng và tổn thất công suất phản kháng. Tổn thất công suất
phản kháng do từ thông rò và gây từ trong các máy biến áp và cảm kháng trên
đường dây. Tổn thất công suất phản kháng chỉ làm lệch góc pha và ít ảnh hưởng
đến tổn thất điện năng. Tổn thất công suất tác dụng có ảnh hưởng đáng kể đến tổn
thất điện năng. Thành phần tổn thất điện năng do tổn thất công suất tác dụng được
tính toán như sau:
A P(t )dt
(2.1)
Trong đó:
A : Tổn thất điện năng (kWh);
P(t ) : Tổn thất công suất tác dụng trên đường dây và máy biến áp tại thời điểm t.
Thông thường, việc tính toán tổn thất điện năng theo biểu thức trên được
thực hiện theo phương pháp dòng điện đẳng trị phụ thuộc vào đồ thị phụ tải hoặc
theo thời gian sử dụng công suất lớn nhất. Tổn thất công suất tác dụng bao gồm tổn
thất sắt, do dòng điện Foucault trong lõi thép và tổn thất dòng do hiệu ứng Joule
trong máy biến áp. Các loại tổn thất này có các nguyên nhân chủ yếu như sau:
+ Đường dây phân phối dài và bán kính cấp điện lớn.
+ Tiết diện dây dẫn nhỏ, đường dây bị xuống cấp, không được cải tạo và
nâng cấp.
5
+ Máy biến áp phân phối thường xuyên bị quá tải.
+ Sử dụng máy biến áp loại có tổn thất cao, vật liệu lõi từ không tốt dẫn đến
sau một thời gian tổn thất tăng lên.
+ Vận hành không đối xứng liên tục dẫn đến tăng tổn thất trên máy biến áp.
+ Nhiều thành phần sóng hài của các phụ tải công nghiệp tác động vào các
cuộn dây của máy biến áp làm tăng tổn thất.
+ Vận hành với hệ số cosφ thấp do thiếu công suất phản kháng.
+ Hành lang an toàn bị xâm phạm, cây xanh chạm pha thoáng qua thường
xuyên nhưng cài đặt thiết bị không cắt dẫn đến tổn thất.
+ Sử dụng các thiết bị chống sét van có dòng rò lớn, không kiểm tra thí
nghiệm thường xuyên sẽ không phát hiện các LA đang dẫn dòng Io lớn gây tổn thất
nghiêm trọng.
2.1.2. Tổn thất thương mại (phi kỹ thuật)
Tổn thất phi kỹ thuật bao gồm: 4 dạng tổn thất
+ Trộm điện (câu, móc trộm).
+ Không thanh toán hoặc chậm thanh toán hóa đơn tiền điện.
+ Sai sót tính toán tổn thất kỹ thuật.
+ Sai sót thống kê phân loại và tính hóa đơn khách hàng.
Tổn thất phi kỹ thuật phụ thuộc vào cơ chế quản lý, quy trình quản lý.
2.2. Ý nghĩa của tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong mạng điện
Mạng phân phối hay còn gọi là mạng điện địa phương có nhiệm vụ truyền tải
điện năng với khoảng cách không lớn từ thanh cái thứ cấp của trạm biến áp khu vực
đến hộ tiêu thụ công nghiệp, nông nghiệp, thắp sáng …
Người ta chia mạng phân phối ra thành hai loại: mạng phân phối điện áp có
Uđm > 1 kV và mạng phân phối điện áp thấp có Uđm < 1 kV. Tùy theo đặc điểm của
hộ tiêu thụ nhận điện từ mạng phân phối, người ta gọi mạng phân phối công nghiệp,
mạng điện phân phối nông thôn, mạng điện phân phối thành phố. Trước kia mạng
điện phân phối có điện áp từ 35 kV trở xuống, nhưng ngày nay có thể lên tới 110
kV và đôi khi có thể lên tới 220 kV. Để cung cấp điện cho xí nghiệp công nghiệp
6
lớn và các thành phố lớn, người ta thường đưa điện áp lên cao vào sâu tâm phụ tải,
nghĩa là phải xây dựng tại đó các trạm biến áp có điện áp bên sơ cấp lên tới 110 –
500 kV. Mạng điện cung cấp cho các thành phố lớn thường là mạng điện 110 kV.
Mạng điện phân phối hay còn gọi là mạng điện địa phương, gồm có các
đường dây dẫn trên không, đường dây cáp và các trạm biến áp phân phối, có nhiệm
vụ phân phối và cung cấp điện trực tiếp đến các hộ tiêu thụ nằm cách trung tâm cấp
điện (nhà máy điện, trạm biến áp khu vực...) khoảng vài chục kilômét. Mạng phân
phối thường là mạng điện hở hoặc kín nhưng vận hành theo cấu trúc mạng hở hình
tia.
Vì mạng điện phân phối có nhiệm vụ phân phối và cung cấp điện đến từng
hộ tiêu thụ điện nên bao gồm rất nhiều phụ tải, tổng chiều dài dây rất lớn dẫn đến
tổn thất công suất bao gồm công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q và
khối lượng kim loại màu dùng trong mạng điện phân phối chiếm tỉ trọng lớn trong
toàn hệ thống điện. Lượng điện năng tổn thất A sẽ làm nóng dây dẫn và máy biến
áp, và tỏa nhiệt vô ích ra môi trường dẫn đến việc sử dụng năng lượng điện không
đạt hiệu quả cao. Tổn thất điện năng trong mạng điện bao gồm tổn thất điện năng
trong trạm biến áp, tổn thất điện năng trên điện trở dây dẫn, và các tổn hao phụ khác
như tổn hao trong điện kế... Trong các thành phần trên thì tổn thất điện năng trên
dây dẫn là đáng kể nhất.
Trong các hệ thống điện nhỏ thì tổn thất P và A không thành vấn đề lớn
nhưng đối với hệ thống điện lớn mỗi năm tổn thất điện năng của toàn hệ thống vào
khoảng 10 – 15% điện năng sản xuất ra. Lượng điện tổn thất đó sẽ có giá trị rất lớn.
Bên cạnh đó, tổn thất Q tuy không ảnh hưởng trực tiếp đến mức chi phí về
nhiên liệu cho nhà máy, nhưng lại gây ra tình trạng không đủ công suất phản kháng
cung cấp cho các hộ tiêu thụ điện. Như vậy phải trang bị thiết bị để phát thêm công
suất phản kháng vào hệ thống như máy bù đồng bộ, tụ bù... Kết quả là chi phí đầu
tư cho thiết bị tăng, làm giá thành điện năng cũng tăng lên.
Lượng điện năng tổn thất lớn như vậy sẽ gây thiệt hại lớn cho ngân sách
quốc gia nói chung, tổn thất về kinh tế cho nguồn điện nói riêng.
Nhận thấy rằng việc giảm được tổn thất cho hệ thống là việc làm rất có ý
nghĩa, vì chỉ giảm 1% tổn thất điện năng thì cũng có giá trị rất lớn. Việc giảm tổn
7
thất điện sẽ góp phần làm giá thành điện năng hạ, hạ giá thành của các sản phẩm
khác có sử dụng điện để sản xuất ra sản phẩm đó và thúc đẩy kinh tế phát triển phục
vụ dân sinh. Tuy nhiên, việc giảm được tối thiểu tổn thất điện năng không phải lúc
nào cũng đồng nghĩa với việc đạt được kết quả cao trong vận hành kinh tế hệ thống
điện. Đồng thời, việc nâng cao tính kinh tế trong vận hành kinh tế hệ thống điện
không phải bao giờ cũng mang lại giảm tổn thất điện năng trong mạng điện. Biện
pháp nâng cao tính kinh tế vận hành hệ thống điện có thể làm giảm hoặc tăng tổn
thất trong mạng điện, điều đó phụ thuộc vào đặc điểm vận hành của từng chế độ.
Như vậy, việc giảm tổn thất điện năng trong mạng điện là một phần của bài toán
chung nâng cao tính kinh tế trong vận hành hệ thống điện.
Vấn đề xác định tổn thất điện năng trong mạng điện hiện nay đang là nhiêm
vụ hết sức thiết thực không những đối với cơ quan quản lý và phân phối điện mà
ngay cả đối với hộ tiêu thụ điện. Phương pháp xác định tổn thất điện năng thông
thường nhất là so sánh sản lượng điện ở đầu vào và đầu ra nhưng thường mắc phải
những sai sót lớn do một số nguyên nhân sau:
+ Không thể lấy đồng thời chỉ số của các công tơ tại đầu nguồn và ở các
điểm tiêu thụ.
+ Nhiều điểm tải còn thiếu thiết bị đo, hoặc thiết bị đo không phù hợp với
phụ tải.
+ Số chủng loại đồng hồ đo rất đa dạng với nhiều mức sai số khác nhau, và
việc chỉnh định đồng hồ đo chưa chính xác, hoặc không thể chính xác do chất lượng
điện không đảm bảo.
+ Đương nhiên, có thể sử dụng phương pháp đo hiện đại như dùng đồng hồ
đo tổn thất để nâng cao độ chính xác của phép đo, nhưng như vậy sẽ rất tốn kém và
phức tạp không phù hợp với điều kiện kinh tế ở nước ta.
Do vậy, phải áp dụng các phương pháp khác nhau để tính tổn thất điện năng
của lưới điện phân phối.
Hiện nay, có nhiều phưong pháp tính tổn thất điện năng. Mỗi phương pháp
đặc trưng bởi những thông số tính toán ban đầu. Như vậy cho nên chọn phương
pháp tính toán nào mà thông số tính toán ban đầu dễ thu nhập, kết quả tính chính
xác cao là một việc cần thiết.
8
Sau đây là một số phương pháp tính toán tổn thất điện năng trên lưới phân
phối.
2.3. Các phương pháp tính toán tổn thất điện năng
2.3.1. Phương pháp cơ bản của Junle và Lens
T
A RI 2 dt
(2.2)
0
Trong đó:
T: Thời gian khảo sát tổn thất điện năng (h);
R: Điện trở dây dẫn (Ω);
I(t): Dòng điện biến thiên theo thời gian.
2.3.2. Phương pháp bậc thang hóa đồ thị phụ tải
n
A RI i2 t i
(2.3)
i 1
Trong đó:
R: Điện trở dây dẫn;
Ii: Dòng điện trung bình trong khoản thời gian ti;
Hình 2.1. Đồ thị phụ tải I(t) theo thời gian
Dựa vào đồ thị phụ tải tính được tổn thất điện năng:
A R I12 t 1 I 22 t 2 I 32 t 3 I 24 t 4
(2.4)
9
2.3.3. Phương pháp tính tổn thất theo thời gian tổn thất lớn nhất
A RI 2m ax
(2.5)
Trong đó:
: Thời gian tổn thất lớn nhất;
: Hàm của dòng điện Imax và hệ số công suất cos ;
Imax: Dòng điện cực đại chạy qua dây dẫn;
R: Điện trở dây dẫn
Trong biểu thức trên, trị số của Imax và R dễ dàng tìm được, chỉ cần xét cách
xác định là có thể tính được A .Biết rằng Tmax và có quan hệ với nhau. Để vẽ
đường cong quan hệ, ta tiến hành như sau:
+ Thu thập một số lớn các đường cong phụ tải của các loại hộ dùng điện
khác nhau.
+ Phân loại các đường cong đó (loại 3 ca, loại 2 ca… loại cos=1, cos = 0,8
v.v…) rồi vẽ các đường cong điển hình.
+ Dựa vào từng đường cong điển hình, ứng với trị số T max là có một trị số ,
rồi sắp thành bảng. Căn cứ vào bảng số liệu đó, vẽ đường cong biểu diễn f (Tm ax ) .
+ Nếu phụ tải có khác với trị số của đường cong đã cho, sẽ tìm bằng cách
nội suy.
2.3.4. Phương pháp hệ số tổn thất công suất
A RI 2m axK tt T
(2.6)
Trong đó:
K tt BK pt (1 B)K 2pt
K pt
Ptb
A
Pm ax UI m ax cos .T
Trong đó:
Ktt: Hệ số tổn thất;
Kpt: Hệ số phụ tải;
A: Điện năng tiêu thụ (kWh);
Imax: Dòng điện cực đại qua dây dẫn (A);
(2.7)
(2.8)
10
T: Thời gian khảo sát tổn thất điện năng (h);
cos : Hệ số công suất;
B: Hệ số hình dáng phụ thuộc vào cấu trúc lưới điện.
2.3.5. Phương pháp hai đường thẳng
A
RA
T.UI m ax cos 2A
3.T.U 2 cos 2
(2.9)
Trong đó:
R: Điện trở dây dẫn (Ω);
A: điện năng tiêu thụ (kWh);
T: Thời gian khảo sát;
cos : Hệ số công suất;
Imax: Dòng điện cực đại qua dây dẫn (A);
U: Điện áp pha (V);
Nhận xét:
Phương pháp 3 được dùng chủ yếu trong thiết kế mạng điện khu vực với giả
thiết biết trước Imax và cos .
Các phương pháp 1, 2, 4, 5 hình thành 2 nhóm phương pháp:
+ Nhóm 1: bao gồm các phương pháp 1 và 2. Theo các phương pháp này thì
tổn thất điện năng là hàm của bình phương dòng điện biến thiên I2(t) và I i2 .
+ Nhóm 2: bao gồm các phương pháp 4 và 5. Theo các phương pháp này thì
tổn thất điện năng là hàm dòng điện Imax, điện áp Ufa, hệ số công suất cos (lúc Imax)
và điện năng A.
Vậy phải lựa chọn phương pháp tính nào mà thông số tính toán ban đầu dễ thu
nhập và kết quả tính toán chính xác cao.
2.4. Lựa chọn phương pháp tính
2.4.1. Yêu cầu
a) Tính khả thi: các thông số tính toán dễ thu nhập( phải đảm bảo tính tin cậy).
b) Tính chính xác: kết quả tính toán cho sai số tương đối nằm trong phạm vi cho
11
phép.
Dựa vào yêu cầu lựa chọn để phân tích ưu và nhược điểm của hai phương
pháp:
+ Phương pháp 2: đại diện cho nhóm 1.
+ Phương pháp 4: đại diện cho nhóm 2.
Vì phương pháp 2 và 4 đã được sử dụng nhiều trong và ngoài nước.
2.4.2. Phân tích phương pháp
a) Phương pháp 2:
Công thức:
n
A RI i2 t i
(2.10)
i 1
Tính khả thi: phương pháp này đưa ra một công thức tính đơn giản. Tuy
nhiên, việc xác định dòng điện từng giờ của thời gian khảo sát, cùng lúc với hàng
trăm phụ tải của một khu vực lưới trung thế, hạ thế là điều mà ngành điện hiện nay
chưa làm được.
b) Phương pháp 4
A RI m2 axK tt T
(2.11)
Trong đó:
Ktt B.K pt (1 B) K pt2
K pt
Ptb
A
Pm ax 24 .U.I m ax cos
(2.12)
(2.13)
Tính khả thi: công thức này đưa ra nhiều công thức với nhiều thông số tính
toán, tuy nhiên các thông số này đều có khả năng xác định được như sau:
+ Đo Ufa, I, cos vào lúc phụ tải max.
+ Xác định điện năng A thong qua điện năng kế (hay hóa đơn ghi tiêu thụ
điện năng hàng tháng).
2.4.3. So sánh lựa chọn phương pháp tính toán
Qua các phân tích trên, ta so sánh về tính khả thi và tính chính xác của
12
phương pháp 2 và 4.
+ Về tính khả thi
a) Phương pháp 2
Các thông số tính toán khó mà thu nhập do không có các thiết bị tự ghi dòng
điện ở các thời điểm khác nhau trong suốt thời gian khảo sát.
Đặt thiết bị ghi tại các nút phụ tải là điều không thể thực hiện được.
b) Phương pháp 4
Các thông số tính toán dễ thu nhập chỉ đo ở thời điểm tải max, và xác định
điện năng trong thời gian khảo sát.
Đặt điện kế tổng tại một số trạm của khu vực trung thế hay một cái tại một
trạm hạ thế cần khảo sát tổn thất điện năng, là điều có thể thực hiện được.
+ Về tính chính xác
a) Phương pháp 2
Nếu ở các thời điểm có Ii sai số đo ở mức 5% dẫn đến kết quả sai số khoảng
hơn 10%.
Sai số đo ở mức 20% thì kết quả sai số ở mức +44% đến -36%.
Có những thời điểm sai số xác định ở mức 20% và còn lại là nhỏ hơn hoặc
lớn hơn thì không có cơ sở đánh giá độ chính xác của sai số kết quả.
b) Phương pháp 4
Sai số Imax ở mức -20% thì sai số kết quả phần lớn là nhỏ hơn 10% còn lại
không quá 20%.
Sai số Ax lớn (phổ biến là tình trạng ăn cắp điện) thì không thể đánh giá độ
chính xác của sai số kết quả.
2.5. Cơ sở tính toán tổn thất điện năng trên lưới điện
Định nghĩa về tổn thất điện năng cho thấy rằng khi truyền tải điện năng từ
thanh cái nhà máy điện đến phụ tải. Khi có dòng điện chạy qua, do có điện trở và
