Nghiên cứu giải pháp giảm tổn thất điện năng trên lưới điện phân phối huyện sốp cộp

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

NGUYỄN DUY TUỆ

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP GIẢM TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG
TRÊN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI HUYỆN SỐP CỘP

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
KỸ THUẬT ĐIỆN

THÁI NGUYÊN - NĂM 2020


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

NGUYỄN DUY TUỆ

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP GIẢM TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG
TRÊN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI HUYỆN SỐP CỘP
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã ngành: 8.52.02.01

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
KỸ THUẬT ĐIỆN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. Vũ Văn Thắng

THÁI NGUYÊN - NĂM 2020

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên tác giả luận văn: Nguyễn Duy Tuệ
Đề tài luận văn: Nghiên cứu giải pháp giảm tổn thất điện năng trên lưới điện phân
phối huyện Sốp Cộp
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện.
Mã số: : 8.52.02.01
Tác giả, Cán bộ hướng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác
giả đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng ngày 10/10/2020 với
các nội dung sau:
- Sửa sai sót về thuật ngữ, lỗi chính tả, format, in ấn.
- Đã chỉnh sửa lỗi câu chữ, thuật ngữ trong luận văn cho phù hợp với chuyên
ngành theo theo góp ý của Hội đồng.
Thái Nguyên, ngày 26 tháng 10 năm 2020
Cán bộ hướng dẫn

Tác giả luận văn

TS. Vũ Văn Thắng

Nguyễn Duy Tuệ

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

PGS.TS. Nguyễn Như Hiển

i

LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi, các
nghiên cứu và kết quả đƣợc trình bày trong luận văn là trung thực và chƣa
từng đƣợc công bố trong bất kỳ một bản luận văn nào trƣớc đây.

Tác giả luận văn

Nguyễn Duy Tuệ


ii

LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, hƣớng dẫn chỉ bảo tận tình của
thầy giáo TS. Vũ Văn Thắng cùng các thầy giáo, cô giáo trong bộ môn Hệ
thống điện, Khoa điện, trƣờng Đại học Kỹ thuật Cơng nghiệp, sự giúp đỡ
chân tình của các bạn đồng nghiệp, gia đình đã tạo điều kiện giúp tơi hồn
thành luận văn này.
Trong q trình thực hiện, do thời gian hạn hẹp nên luận văn có thể có
những thiếu sót. Tơi mong muốn nhận đƣợc những ý kiến đóng góp để luận
văn đƣợc hồn thiện thêm và kết quả nghiên cứu thực sự có ý nghĩa góp
phần nâng cao chất lƣợng điện năng của hệ thống điện Việt Nam.
Tôi xin trân trọng cảm ơn!
Tác giả luận văn

Nguyễn Duy Tuệ

iii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN................................................................................................ ii
MỤC LỤC .................................................................................................... iii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT ....................................... vii
DANH MỤC CÁC BẢNG ......................................................................... viii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ...................................................... ix
MỞ ĐẦU ....................................................................................................... x
I. Lý do chọn đề tài.................................................................................. x
II. Mục đích nghiên cứu ........................................................................ xi
III. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu .................................................. xi
VI. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ........................................................ xi
1.1 Cấu trúc và đặc điểm của lƣới điện phân phối trung áp .............. 1
1.1.1 Định nghĩa lƣới điện phân phối trung áp .................................... 1
1.1.2 Đặc điểm của lƣới điện trung áp ................................................. 1
1.1.2.1
1.1.2.2
1.1.2.3
1.1.2.4

Phân loại lưới điện trung áp ............................................................ 1
Vai trò của lưới điện trung áp .......................................................... 2
Các phần tử chính của lưới điện trung áp ....................................... 3
Cấu trúc của lưới điện trung áp ....................................................... 4

1.1.3 Hiện trạng lƣới điện trung áp tại Việt Nam ................................ 9
1.1.3.1 Tình hình phát triển lưới điện trung áp của nước ta ........................ 9
1.1.3.2 Tình hình phát triển phụ tải điện.................................................... 10

1.2 Chất lƣợng điện năng của LĐPPTA ............................................. 11
1.2.1 Điện áp ...................................................................................... 11
1.2.2 Hệ số công suất ......................................................................... 12
1.2.3 Tần số ........................................................................................ 12
1.2.4 Sóng hài .................................................................................... 13
1.2.5 Sự nhấp nháy điện áp ................................................................ 13
1.2.6 Dòng ngắn mạch và thời gian loại trừ sự cố ............................. 14
1.3 Đặc tính tải của LĐPP trung áp .................................................... 15
1.3.1 Phụ tải và đồ thị phụ tải ............................................................ 15
1.3.2 Tính ngẫu nhiên của phụ tải điện .............................................. 16


iv

1.4 Kết luận chƣơng 1 ........................................................................... 17
CHƢƠNG 2. PHƢƠNG PHÁP GIẢM TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG
TRONG LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TRUNG ÁP....................................... 18
2.1 Các nguyên nhân gây ra tổn thất trong LĐPP............................. 18
2.1.1 Tổn thất kỹ thuật ....................................................................... 18
2.1.2 Tổn thất phi kỹ thuật ................................................................. 19
2.2 Các yếu tố ảnh hƣởng đến tổn thất và khả năng giảm thiểu tổn
thất .................................................................................................... 20
2.2.1 Điện áp làm việc của trang thiết bị ........................................... 20
2.2.2 Truyền tải CSPK ....................................................................... 20
2.2.3 Các biện pháp giảm thiểu tổn thất trong LĐPPTA ................... 22
2.3 Giải pháp quản lý nhu cầu điện ..................................................... 23
2.3.1 Khái niệm về quản lý nhu cầu điện .......................................... 23
2.3.2 Chiến lƣợc của DSM trong hệ thống điện ................................ 24
2.4 Phƣơng pháp bù CSPK và hiệu quả của biện pháp bù CSPK

trong giảm tổn thất của LĐPPTA ................................................. 27
2.4.1 Khái niệm về CSPK .................................................................. 27
2.4.2 Bù CSPK trong hệ thống điện .................................................. 29
2.4.3 Hệ số công suất và quan hệ với bù CSPK ................................ 30
2.4.4 Nhận xét .................................................................................... 32
2.5 Kết luận chƣơng 2 ........................................................................... 32
CHƢƠNG 3. PHƢƠNG PHÁP TÍNH TỐN BÙ TRONG LƢỚI ĐIỆN
PHÂN PHỐI TRUNG ÁP XÉT ĐẾN XÁC SUẤT CỦA TẢI................... 33
3.1 Đặt vấn đề ........................................................................................ 33
3.2 Thiết bị bù CSPK ............................................................................ 33
3.2.1 Máy phát và máy bù đồng bộ.................................................... 34
3.2.2 Tụ bù tĩnh .................................................................................. 34
3.2.2.1 Tụ bù tĩnh cố định........................................................................... 34
3.2.2.2 Tụ bù tĩnh điều chỉnh có cấp .......................................................... 35

3.2.3 Thiết bị bù điều chỉnh vô cấp SVC (Static Var Compensater). 35
3.2.4 Động cơ điện ............................................................................. 36
3.3 Phƣơng thức bù trong LĐPP ......................................................... 37
3.4 Các phƣơng pháp tính tốn bù trong LĐPP ................................ 38


v

3.4.1 Bù CSPK nâng cao hệ số cos  ................................................ 38
3.4.2 Cực tiểu tổn thất công suất ....................................................... 41
3.4.3 Theo điều kiện chỉnh điện áp .................................................... 42
3.4.4 Phƣơng pháp bù kinh tế ............................................................ 43
3.4.4.1 Cực đại hóa lợi nhuận .................................................................... 44
3.4.4.2 Cực tiểu chi phí tính tốn Zmin........................................................ 45
3.4.4.3 Cực đại lợi nhuận ........................................................................... 46

3.4.5 Nhận xét .................................................................................... 47
3.5 Xây dựng mơ hình tốn xác định vị trí và dung lƣợng bù tối ƣu
của tụ điện trong LĐPPTA xét đến tải ngẫu nhiên ..................... 47
3.5.1 Hàm mục tiêu ............................................................................ 47
3.5.2 Các ràng buộc ........................................................................... 48
3.6 Cơng cụ tính tốn ............................................................................ 50
3.6.1 Đặt vấn đề ................................................................................. 50
3.6.2 Giới thiệu phần mềm PSS/Adept .............................................. 50
3.6.2.1 Chức năng của PSS/Adept.............................................................. 50
3.6.2.2 Các bước thực hiện ........................................................................ 51

3.6.3 Lập chƣơng trình tính tốn vị trí và dung lƣợng bù tối ƣu bằng
ngơn ngữ lập trình GAMS .......................................................... 52
3.6.3.1 Giới thiệu ngơn ngữ lập trình GAMS ............................................. 52
3.6.3.2 Thuật toán và solver BONMIN trong chương trình GAMS ........... 54

3.7 Ví dụ minh họa ................................................................................ 54
3.8 Kết luận chƣơng 3 ........................................................................... 57
CHƢƠNG 4. NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG BÙ TỐI ƢU CHO LƢỚI ĐIỆN
PHÂN PHỐI TRUNG ÁP HUYỆN SỐP CỘP........................................... 55
4.1 Hiện trạng LĐPPTA huyện Huyện Sốp Cộp ............................... 55
4.1.1 Hiện trạng nguồn cung cấp điện ............................................... 55
4.1.2 Hiện trạng LĐPPTA và các trạm biến áp ................................. 55
4.1.3 Hiện trạng bù của LĐPPTA ...................................................... 59
4.1.4 Sơ đồ và thông số của lƣới điện................................................ 59
4.2 Hiện trạng tổn thất và thông số chế độ của LĐTA Sốp Cộp ...... 67
4.2.1 Kết quả tính tốn tổn thất với thơng số hiện trạng ................... 67
4.2.2 Nhận xét .................................................................................... 69

vi

4.3 Tính tốn vị trí và dung lƣợng bù tối ƣu cho LĐPPTA Sốp Cộp
xét đến tính ngẫu nhiên của phụ tải .............................................. 69
4.3.1 Sơ đồ và thông số của LĐPPTA Huyện Sốp Cộp .................... 69
4.3.2 Thông số tải và tụ bù................................................................. 70
4.3.3 Kết quả tính tốn, lựa chọn vị trí và dung lƣợng bù tối ƣu ...... 71
4.3.4 Đánh giá tổn thất điện năng và độ lệch điện áp ........................ 74
4.3.5 Nhận xét .................................................................................... 78
4.4 Kết luận chƣơng 3 ........................................................................... 78
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..................................................................... 80
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................... 82
PHỤ LỤC .................................................................................................... 84


vii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
CSTD
CSPK
DSM
management)
ĐD
HTĐ
GAMS

Công suất tác dụng
Công suất phản kháng
Quản lý nhu cầu sử dụng điện năng (Demand Side

Đƣờng dây.
Hệ thống điện.
Ngơn ngữ lập trình (The General Algebraic Modeling
System)
MC
Máy cắt.
MBA
Máy biến áp
LĐPP
Lƣới điện phân phối.
LĐPPTA Lƣới điện phân phối trung áp.
SCADA Điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu (Supervisory
Control And Data Acquisition)
PSS/Adept Phần mềm (Power System Simulator/Avancer Distribution
Enginering Productivity tool).
TBPĐ Thiết bị phân đoạn.


viii

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Độ biến dạng sóng hài điện áp ........................................... 13
Bảng 1.2: Giới hạn độ nhấp nháy điện áp ........................................... 14
Bảng 1.3: Dòng ngắn mạch lớn nhất cho phép và thời gian loại trừ sự
cố ................................................................................................................. 14
Bảng 3.1: Giá trị của kkt theo phƣơng thức cấp điện. ......................... 40
Bảng 3.2: Modul các thuật toán giải trong GAMS ............................. 53
Bảng 3.3: So sánh các chỉ tiêu của LĐPPTA ..................................... 56
Bảng 4.1: Hiện trạng nguồn cấp ......................................................... 55

Bảng 4.2: Bảng kê tổng số MBA ........................................................ 55
Bảng 4.3: Bảng thống kê chủng loại MBA ......................................... 56
Bảng 4.4: Bảng thông số hiện trạng tải của MBA phân phối ............. 56
Bảng 4.5: Bảng thống kê dung lƣợng bù của tụ điện.......................... 59
Bảng 4.6: Thông số phụ tải ................................................................. 62
Bảng 4.7: Thông số đƣờng dây ........................................................... 64
Bảng 4.8: Hệ số và xác suất của tải .................................................... 70
Bảng 4.9: Thông số của tụ bù ............................................................. 70
Bảng 4.10: Vị trí và dung lƣợng bù tối ƣu .......................................... 71
Bảng 4.11: Tổn thất điện năng trong thời gian tính tốn .................... 74
Bảng 4.12: Cơng suất cực đại trên các đƣờng dây trong thời gian tính
tốn .............................................................................................................. 76


ix

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1: Sơ đồ lƣới phân phối hình tia................................................ 6
Hình 1.2: Sơ đồ lƣới phân phối hình tia có phân đoạn. ........................ 6
Hình 1.3: Sơ đồ lƣới kín vận hành hở do một nguồn cung cấp. ........... 7
Hình 1.4: Sơ đồ lƣới kín vận hành hở do 2 nguồn cung cấp độc lập. ... 7
Hình 1.5: Sơ đồ lƣới điện kiểu đƣờng trục. .......................................... 7
Hình 1.6: Sơ đồ lƣới điện có đƣờng dây dự phịng chung. ................... 8
Hình 1.7: Sơ đồ HTPP hình lƣới ........................................................... 9
Hình 1.8: Biến thiên của điện áp trong lƣới điện ................................ 12
Hình 1.9: Đồ thị phụ tải ...................................................................... 16
Hình 2.1: Sơ đồ và tham số của mạch điện......................................... 28
Hình 2.2: Tam giác cơng suất ............................................................. 29
Hình 2.3: Giản đồ vecto dịng điện ..................................................... 30
Hình 3.1: Sơ đồ ngun lý của SVC ................................................... 36

Hình 3.2: Sơ đồ LĐPP ........................................................................ 37
Hình 3.3: Sơ đồ các bƣớc thực hiện tính tốn bằng PSS/Adept ......... 51
Hình 3.4: Sơ đồ LĐPP 33 nút ............................................................. 55
Hình 3.5: Phân bố xác suất của tải ...................................................... 55
Hình 3.6: Điện áp nút cực đại và cực tiểu ........................................... 56
Hình 4.1: Sơ đồ nguyên lý LĐTA Sốp Cộp........................................ 61
Hình 4.2: Đồ thị phụ tải ngày điển hình huyện Sốp Cộp .................... 68
Hình 4.3: Hiện trạng điện áp các nút của lộ 371-E17.30 trong chế độ
phụ tải max mùa hè ..................................................................................... 68
Hình 4.4: Hiện trạng điện áp các nút của lộ 371-E17.30 trong chế độ
phụ tải min mùa đông .................................................................................. 69
Hình 4.5: Vị trí bù tối ƣu của LĐPPTA Sốp Cộp ............................... 73
Hình 4.6: Điện áp lớn nhất và nhỏ nhất khi bù tối ƣu trong thời gian
tính tốn ....................................................................................................... 75
Hình 4.7: Điện áp lớn nhất và nhỏ nhất hiện trạng trong thời gian tính
tốn .............................................................................................................. 76


x

MỞ ĐẦU
I. Lý do chọn đề tài
Cùng với sự phát triển của nền kinh tế, xã hội, nhu cầu sử dụng điện
của mỗi quốc gia đều tăng nhanh. Việc đảm bảo đáp ứng kịp thời, đầy đủ
nhu cầu điện năng, truyền tải điện an toàn, kinh tế đến từng hộ tiêu thụ với
chất lƣợng điện năng cao là tiêu chí quan trọng hàng đầu của mỗi quốc gia.
Lƣới điện phân phối trung áp (LĐPPTA) hiện tồn tại nhiều bất cập
với nhiều cấp điện áp, nhiều chủng loại dây với tiết diện không đảm bảo,
chiều dài truyền tải quá lớn đặc biệt tại khu vực miền núi... Dẫn đến, tổn
thất điện áp, tổn thất công suất và tổn thất điện năng lớn. Chất lƣợng điện

không đảm bảo và hiệu quả truyền tải của lƣới điện thấp.
Nhiều giải pháp đã đƣợc thực hiện nhằm nâng cao chất lƣợng điện và
hiệu quả truyền tải của LĐPPTA. Trong đó, giải pháp bù cơng suất phản
kháng đã đƣợc quan tâm từ rất sớm và thực hiện phổ biến trên LĐPP. Tuy
nhiên, phƣơng pháp phổ biến sử dụng để tính tốn vị trí và dung lƣợng bù
hiện nay dựa trên công suất cực đại và hệ số công suất cos nhằm giảm tổn
thất trong lƣới điện. Phƣơng pháp này gặp sai số lớn và có thể không đảm
bảo độ lệch điện áp các nút khi phụ tải thay đổi lớn ở giá trị cực đại hay
cực tiểu (trong giờ cao điểm hoặc thấp điểm). Hơn nữa, nhiều phƣơng pháp
tính tốn mới đã đƣợc giới thiệu cùng với các ngơn ngữ lập trình và các
chƣơng trình tính tốn cho phép xét đến đồng thời nhiều thơng số của
LĐPP. Vì vậy, độ chính xác của kết quả tính tốn đƣợc nâng lên đồng thời
đảm bảo đƣợc thơng số chế độ của lƣới điện trong mọi trạng thái vận hành.
Từ phân tích trên, đề tài đƣợc lựa chọn cho nghiên cứu này nhằm
mục đích nghiên cứu lựa chọn các thiết bị và phƣơng pháp bù hợp lý cho
LĐPPTA, sử dụng các phƣơng pháp tối ƣu hóa nhằm tính tốn vị trí và
dung lƣợng bù tối ƣu. Thay đổi của phụ tải đƣợc xét đến và mơ hình hóa
bằng các mơ hình xác suất nhằm tổng hợp trong sơ đồ và tăng độ tin cậy,
chính xác của kết quả tính toán, đáp ứng gần hơn yêu cầu của thực tiễn.
Chƣơng trính tính tốn đƣợc nghiên cứu lập trình bằng ngơn ngữ lập trình


xi

GAMS, tính tốn áp dụng cho LĐPPTA Sốp Cộp. Từ đó, giúp cho cơ quan
quản lý xây dựng đƣợc kế hoạch đầu tƣ thiết bị bù và vận hành lƣới điện
đảm bảo chất lƣợng điện năng, an toàn, tin cậy và có hiệu quả cao.
II. Mục đích nghiên cứu
- Nghiên cứu và phát triển phƣơng pháp tính tốn vị trí và dụng
lƣợng bù tối ƣu trong LĐPPTA. Trên cơ sở đó, xây dựng các chƣơng trình

tính tốn vị trí và dụng lƣợng bù tối ƣu trong LĐPPTA.
- Ứng dụng vào thực tế, xác định vị trí và dung lƣợng bù tối ƣu cho
LĐPPTA Huyện Sốp Cộp. Từ đó, đánh giá hiệu quả của phƣơng pháp bù
hiện nay đồng thời đề xuất giải pháp bù cho LĐPPTA Huyện Sốp Cộp.
III. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tƣợng nghiên cứu: LĐPPTA Huyện Sốp Cộp.
- Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu các phƣơng pháp bù trong
LĐPPTA, các phƣơng pháp bù, mô hình tốn và chƣơng trình tính tốn vị
trí và dung lƣợng bù tối ƣu trong LĐPPTA. Đánh giá hiện trạng và đề xuất
giải pháp bù cho LĐPPTA Huyện Sốp Cộp.
VI. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
- Ý nghĩa khoa học: Nghiên cứu này đã xây dựng đƣợc mơ hình tốn
và chƣơng trình tính tốn vị trí và dung lƣợng bù tối ƣu cho LĐPPTA khi
xét đến thay đổi của phụ tải theo mơ hình xác suất.
- Ý nghĩa thực tiễn: Tải trong thực tế thay đổi rất lớn nên việc tính
tốn bù xét đến thay đổi của phụ tải theo mơ hình xác suất đảm bảo cực
tiểu tổn thất công suất, tổn thất điện năng trong suốt thời gian tính tốn
đồng thời đảm bảo u cầu về độ lệch điện áp cho phép. Hơn nữa, khi tính
tốn theo mơ hình xác suất cho phép giảm đƣợc số trạng thái cần tính tốn
do đó phù hợp cho tính tốn LĐPPTA thực tế với qui mô lớn. Tăng độ tin
cậy và hiệu quả trong thiết kế và vận hành thiết bị bù trong LĐPPTA.


1

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI VÀ LƢỚI
ĐIỆN PHÂN PHỐI TRUNG ÁP
1

Chương 1, Equation Chapter 1 Section 1

1.1 Cấu trúc và đặc điểm của lƣới điện phân phối trung áp
1.1.1 Định nghĩa lưới điện phân phối trung áp
LĐPPTA là một phần của hệ thống điện, làm nhiệm vụ phân phối điện
năng từ các trạm trung gian, các trạm khu vực hay thanh cái của nhà máy điện
cấp điện cho phụ tải. LĐPPTA là khâu cuối cùng của hệ thống điện đƣa điện
năng trực tiếp đến ngƣời tiêu dùng [1][7]. Tính đến nay lƣới điện trung áp đã
trải khắp các xã trên đất nƣớc, tuy nhiên còn một số thôn, bản vẫn chƣa đƣợc
dùng điện lƣới quốc gia mà họ vẫn phải dùng điện từ các thuỷ điện nhỏ hoặc
máy phát điện diesel.
1.1.2 Đặc điểm của lưới điện trung áp
LĐPPTA đƣợc phân bố trên diện rộng, thƣờng vận hành khơng đối xứng
và có tổn thất lớn. Qua nghiên cứu cho thấy tổn thất thấp nhất trên LĐPPTA
vào khoảng 4% [7][11].
Vấn đề tổn thất trên LĐPPTA liên quan chặt chẽ đến các vấn đề kỹ thuật
của lƣới điện từ giai đoạn thiết kế đến vận hành. Do đó, trên cơ sở các số liệu
về tổn thất có thể đánh giá sơ bộ chất lƣợng vận hành của LĐPPTA.
Trong những năm gần đây, LĐPPTA của nƣớc ta phát triển mạnh, các
Công ty Điện lực cũng đƣợc phân cấp mạnh mẽ về quản lý. Vì vậy, chất
lƣợng vận hành của LĐPPTA đƣợc câng cao rõ rệt, tỷ lệ tổn thất điện năng
giảm mạnh song vẫn còn rất khiêm tốn.
1.1.2.1 Phân loại lưới điện trung áp
Lƣới điện trung áp chủ yếu ở các cấp điện áp 6kV, 10kV, 22kV, 35kV
phân phối điện cho các trạm biến áp trung áp/hạ áp và các phụ tải cấp điện áp
trung áp [1][7].
Phân loại LĐPPTA trung áp theo 3 dạng:


2

- Theo đối tƣợng và địa bàn phục vụ, có 3 loại:’
+ Lƣới phân phối thành phố;
+ Lƣới phân phối nơng thơn;
+ Lƣới phân phối xí nghiệp.
- Theo thiết bị dẫn điện:
+ Lƣới phân phối trên không;
+ Lƣới phân phối cáp ngầm.
- Theo cấu trúc hình dáng:
+ Lƣới hở (hình tia) có phân đoạn và khơng phân đoạn.
+ Lƣới kín vận hành hở;
+ Sơ đồ hình lƣới;
1.1.2.2 Vai trị của lưới điện trung áp
LĐPPTA làm nhiệm vụ phân phối điện năng từ các trạm trung gian, trạm
khu vực hay thanh cái của các nhà máy điện cho các phụ tải điện.
LĐPPTA đƣợc xây dựng, lắp đặt phải đảm bảo nhận điện năng từ một
hay nhiều nguồn cung cấp và phân phối đến các hộ tiêu thụ điện.
Đảm bảo cung cấp điện tiêu thụ sao cho ít gây ra mất điện nhất, đảm bảo
cho nhu cầu phát triển của phụ tải. Đảm bảo chất lƣợng điện năng cao nhất về
ổn định tần số và ổn định điện áp trong giới hạn cho phép.
LĐPPTA trung áp có tầm quan trọng đặc biệt đối với hệ thống điện:
- Trực tiếp đảm bảo chất lƣợng điện áp cho phụ tải.
- Giữ vai trò rất quan trọng trong đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện
cho phụ tải. Có đến 98% điện năng bị mất là do sự cố và ngừng điện
kế hoạch lƣới phân phối. Mỗi sự cố trên LĐPPTA trung áp đều có


3

ảnh hƣởng rất lớn đến sinh hoạt của nhân dân và các hoạt động kinh
tế, xã hội.

- Sử dụng tỷ lệ vốn rất lớn: khoảng 50% vốn cho hệ thống điện (35%
cho nguồn điện, 15% cho lƣới hệ thống và lƣới truyền tải).
- Tỷ lệ tổn thất điện năng rất lớn: khoảng 40-50% tổn thất điện năng
xảy ra trên LĐPPTA. Và tổn thất kinh doanh cũng chỉ xảy ra này.
- LĐPPTA gần với ngƣời dùng điện, do đó vấn đề an toàn điện cũng
là rất quan trọng.
1.1.2.3 Các phần tử chính của lưới điện trung áp
Các phần tử chủ yếu trong LĐPPTA bao gồm [7][11]:
- MBA trung gian và MBA phân phối.
- Thiết bị dẫn điện: Đƣờng dây tải điện.
- Thiết bị đóng cắt và bảo vệ: Máy cắt, dao cách ly, cầu chì, chống sét
van, áp tơ mát, hệ thống bảo vệ rơ le, giảm dòng ngắn mạch.
- Thiết bị điều chỉnh điện áp: Thiết bị điều áp dƣới tải, thiết bị thay đổi
đầu phân áp ngoài tải, tụ bù ngang, tụ bù dọc, thiết bị đối xứng hóa,
thiết bị lọc sóng hài bậc cao.
- Thiết bị đo lƣờng: 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
lƣờng...
- Thiết bị giảm tổn thất điện năng: Tụ bù.
- Thiết bị nâng cao độ tin cậy: Thiết bị tự động đóng lại, thiết bị tự
đóng nguồn dự trữ, máy cắt hoặc dao cách ly phân đoạn, các khớp
nối dễ tháo trên đƣờng dây, kháng điện hạn chế ngắn mạch, ...


4

- Thiết bị điều khiển từ xa hoặc tự động: Máy tính điện tử, thiết bị đo
xa, thiết bị truyền, thu và xử lý thông tin, thiết bị điều khiển xa, thiết
bị thực hiện, ...
Mỗi phần tử trên lƣới điện đều có các thơng số đặc trƣng (cơng suất,

điện áp định mức, tiết diện dây dẫn, điện kháng, điện dung, dịng điện cho
phép, tần số định mức, khả năng đóng cắt ...) đƣợc chọn trên cơ sở tính tốn
kỹ thuật.
Những phần tử có dịng cơng suất đi qua (MBA, dây dẫn, thiết bị đóng cắt,
máy biến dịng, tụ bù ...) thì thơng số của chúng ảnh hƣởng trực tiếp đến thơng
số chế độ (điện áp, dịng điện, cơng suất) nên đƣợc dùng để tính tốn chế độ làm
việc của LĐPPTA.
Nói chung, các phần tử chỉ có 2 trạng thái: Làm việc và khơng làm việc.
Một số ít phần tử có nhiều trạng thái nhƣ: Hệ thống điều áp, tụ bù có điều
khiển, mỗi trạng thái ứng với một khả năng làm việc.
Một số phần tử có thể thay đổi trạng thái trong khi mang điện (dƣới tải)
nhƣ: Máy cắt, áp tô mát, các thiết bị điều chỉnh dƣới tải. Một số khác có thể
thay đổi khi cắt điện nhƣ: Dao cách ly, đầu phân áp cố định. MBA và đƣờng
dây nhờ các máy cắt có thể thay đổi trạng thái dƣới tải.
Nhờ các thiết bị phân đoạn, đƣờng dây tải điện đƣợc chia thành nhiều
phần tử của hệ thống điện.
Không phải lúc nào các phần tử của lƣới phân phối cũng tham gia vận
hành, một số phần tử có thể nghỉ vì lý do sự cố hoặc lý do kỹ thuật, kinh tế
khác. Ví dụ tụ bù có thể bị cắt lúc phụ tải thấp để giữ điện áp, một số phần tử
của lƣới không làm việc để LĐPPTA vận hành hở theo điều kiện tổn thất
công suất nhỏ nhất.
1.1.2.4 Cấu trúc của lưới điện trung áp
Cấu trúc của LĐPPTA bao gồm cấu trúc tổng thể và cấu trúc vận hành
[7][11].


5

- Cấu trúc tổng thể: Là cấu trúc bao gồm tất cả các phần tử và sơ đồ
lƣới đầy đủ. Muốn lƣới 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, 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.
Trong một chế độ vận hành nhất định chỉ cần một phần của cấu trúc
tổng thể là đủ đáp ứng nhu cầu, đa phần đó là cấu trúc vận hành.
- Cấu trúc vận hành: Là một phần của cấu trúc tổng thể, có thể là một
hay một vài phần tử của cấu trúc tổng thể và gọi đó là một trạng thái
của lƣới điện.
Cấu trúc vận hành bình thƣờng gồm các phần tử và các sơ đồ vận hành
do ngƣời vận hành lựa chọn. Có thể có nhiều cấu trúc vận hành thỏa mãn điều
kiện kỹ thuật, ngƣời ta phải chọn cấu trúc vận hành tối ƣu theo điều kiện kinh
tế nhất (tổn thất nhỏ nhất). Khi xảy ra sự cố, một phần tử đang tham gia vận
hành bị hỏng thì cấu trúc vận hành bị rối loạn, ngƣời ta phải nhanh chóng
chuyển qua cấu trúc vận hành sự cố bằng cách thay đổi các trạng thái phần tử
cần thiết. Cấu trúc vận hành sự cố có chất lƣợng vận hành thấp hơn so với cấu
trúc vận hành bình thƣờng. Trong chế độ vận hành sau sự cố có thể xảy ra mất
điện phụ tải. Cấu trúc vận hành sự cố chọn theo độ an toàn cao và khả năng
thao tác thuận lợi.
Ngoài ra, cấu trúc LĐPPTA cịn có thể có các dạng nhƣ:
- Cấu trúc tĩnh: Với cấu trúc này LĐPPTA không thể thay đổi sơ đồ
vận hành. Khi cần bảo dƣỡng hay sự cố thì tồn bộ hoặc một phần
LĐPPTA phải ngừng cung cấp điện. Cấu trúc dạng này chính là
LĐPPTA hình tia khơng phân đoạn và hình tia phân đoạn bằng dao
cách ly hoặc máy cắt.
- Cấu trúc động không hồn tồn: Trong cấu trúc này, LĐPPTA có
thể thay đổi sơ đồ vận hành ngồi tải, tức là khi đó LĐPPTA đƣợc


6

cắt điện để thao tác. Đó là lƣới điện trung áp có cấu trúc kín vận
hành hở.
- Cấu trúc động hồn tồn: Đối với cấu trúc dạng này, LĐPPTA có
thể thay đổi sơ đồ vận hành ngay cả khi lƣới đang trong trạng thái
làm việc. Cấu trúc động đƣợc áp dụng là do nhu cầu ngày càng cao
về độ tin cậy cung cấp điện. Ngoài ra cấu trúc động cho phép vận
hành kinh tế LĐPPTA, trong đó cấu trúc động khơng hồn tồn và
cấu trúc động hồn tồn mức thấp cho phép vận hành kinh tế lƣới
điện theo mùa, khi đồ thị phụ tải thay đổi đáng kể. Cấu trúc động ở
mức cao cho phép vận hành lƣới điện trong thời gian thực. LĐPPTA
trong cấu trúc này phải đƣợc thiết kế sao cho có thể vận hành kín
trong thời gian ngắn để thao tác sơ đồ.
Một số dạng sơ đồ cấu trúc LĐPPTA:
- Lưới hình tia: Lƣới này có ƣu điểm là rẻ tiền nhƣng độ tin cậy rất
thấp nhƣ Hình 1.1.
- Lưới hình tia phân đoạn: Độ tin cậy cao hơn. Phân đoạn lƣới phía
nguồn có độ tin cậy cao do sự cố hay dừng điện công tác các đoạn
lƣới phía sau, vì nó ảnh hƣởng ít đến các phân đoạn trƣớc (Hình 1.2).
MC

ĐD

Nguồn
P1

P2

P3

P4

P…

Pn

Hình 1.1: Sơ đồ lƣới phân phối hình tia.

Nguồn

ĐD

MC

P1

P2

TBP
Đ
P3

P4

P…

Hình 1.2: Sơ đồ lƣới phân phối hình tia có phân đoạn.

Pn

7

- Lưới kín vận hành hở do một nguồn cung cấp (Hình 1.3): Có độ tin cậy
cao hơn nữa do mỗi phân đoạn đƣợc cấp điện từ hai phía. Lƣới điện này
có thể vận hành kín cho độ tin cậy cao hơn nhƣng phải trang bị máy cắt
và thiết bị bảo vệ có hƣớng nên đắt tiền. Vận hành hở độ tin cậy thấp
hơn một chút do phải thao tác khi sự cố nhƣng rẻ tiền, có thể dùng dao cách
ly tự động hay điều khiển từ xa.
MC
Nguồn

ĐD

TBPĐ

ĐD
TBPĐ

MC
MC

ĐD

TBPĐ

ĐD

Hình 1.3: Sơ đồ lƣới kín vận hành hở do một nguồn cung cấp.

- Lưới kín vận hành hở cấp điện từ 2 nguồn độc lập (Hình 1.4): Lƣới

điện này phải vận hành hở vì khơng đảm bảo điều kiện vận hành
song song lƣới điện ở các điểm phân đoạn, khi thao tác có thể gây
ngắn mạch.
MC

Nguồn 1

ĐD

TBPĐ

ĐD

TBPĐ
MC
Nguồn 2

ĐD

TBPĐ

ĐD

Hình 1.4: Sơ đồ lƣới kín vận hành hở do 2 nguồn cung cấp độc lập.
MC
Nguồn
MC

ĐD1

MC

ĐD2

MC

MC
MC

Hình 1.5: Sơ đồ lƣới điện kiểu đƣờng trục.


8

- Lưới điện kiểu đường trục (Hình 1.5): Cấp điện cho một trạm cắt
hay một trạm biến áp, từ đó có các đƣờng dây cấp điện cho các trạm
biến áp phụ tải. Trên các đƣờng dây cấp điện khơng có nhánh rẽ, loại
này có độ tin cậy cao. Thƣờng dùng để cấp điện cho các xí nghiệp hay
các nhóm phụ tải xa trạm nguồn và có u cầu cơng suất lớn.

- Hình 1.6): Có nhiều đƣờng dây phân phối đƣợc dự phòng chung bởi
một đƣờng dây dự phòng. Lƣới điện này có độ tin cậy cao và rẻ hơn
kiểu một đƣờng dây dự phòng cho một đƣờng dây nhƣ ở trên (Hình
1.5). Loại này đƣợc dùng tiện lợi cho lƣới điện cáp ngầm.
Lƣới điện trong thực tế là tổ hợp của 6 loại lƣới điện trên. Áp dụng cụ
thể cho lƣới điện trên không hay lƣới điện cáp ngầm khác nhau và ở mỗi hệ
thống điện có kiểu sơ đồ riêng.

Nguồn
Đƣờng dây dự phịng

Hình 1.6: Sơ đồ lƣới điện có đƣờng dây dự phịng chung.

Lƣới điện có thể điều khiển từ xa nhờ hệ thống SCADA và cũng có thể
đƣợc điều khiển bằng tay. Các thiết bị phân đoạn phải là loại khơng địi hỏi
bảo dƣỡng định kỳ và xác suất sự cố rất nhỏ đến mức coi nhƣ tin cậy tuyệt đối
và đƣợc gọi là Sơ đồ hình lƣới nhƣ Hình 1.7. Đây là dạng cao cấp nhất và
hồn hảo nhất của lƣới phân phối trung áp. Lƣới điện có nhiều nguồn, nhiều
đƣờng dây tạo thành các mạch kín có nhiều điểm đặt thiết bị phân đoạn. Lƣới


9

điện bắt buộc phải điều khiển từ xa với sự trợ giúp của máy tính và hệ thống
SCADA. Hiện đang nghiên cứu loại điều khiển hoàn toàn tự động.

Nguồn 1

Nguồn 2
Hình 1.7: Sơ đồ HTPP hình lƣới

Trong sơ đồ, các vị trí cắt đƣợc chọn theo điều kiện tổn thất điện năng
nhỏ nhất cho chế độ bình thƣờng, chọn loại theo mùa trong năm và chọn theo
điều kiện an toàn cao nhất khi sự cố.
1.1.3 Hiện trạng lưới điện trung áp tại Việt Nam
1.1.3.1 Tình hình phát triển lưới điện trung áp của nước ta
Do điều kiện lịch sử để lại, hiện nay hệ thống LĐPPTA của Việt Nam
bao gồm nhiều cấp điện áp khác nhau, cả ở thành thị và nông thôn. Nhằm
nâng cao độ tin cậy trong việc cung cấp điện, đơn giản trong quản lý vận
hành, đáp ứng yêu cầu ngày càng cao về chất lƣợng điện năng của khách hàng

và giảm tổn thất điện năng của toàn hệ thống đạt khoảng 10% vào năm 2010,
Tập đoàn Điện lực Việt Nam thƣờng xuyên đầu tƣ mở rộng, nâng cấp và cải
tạo LĐPPTA trên phạm vi cả nƣớc. Theo kế hoạch phát triển, trong những
năm tới đƣờng dây trung áp, hạ áp và MBA phân phối sẽ tiếp tục đƣợc đầu tƣ
mở rộng và nâng cấp [8][9].
Cùng với sự đổi mới và phát triển kinh tế, quá trình phát triển và điện khí
hố của nƣớc ta đã có những thay đổi quan trọng, góp phần thúc đẩy sự phát
triển của các ngành kinh tế, cải thiện mức sống về vật chất và tinh thần cho


10

nhân dân, đặc biệt là nông dân. Hiện nay 100% số huyện trong cả nƣớc đã có
điện lƣới quốc gia và hầu hết các xã đã có điện.
1.1.3.2 Tình hình phát triển phụ tải điện
Theo qui hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011-2020 có xét
đến năm 2030 (Qui hoạch điện VII) [8] và điều chỉnh qui hoạch phát triển
điện lực quốc gia giai đoạn 2011-2020 có xét đến năm 2030 (Qui hoạch điện
VII điều chỉnh) [9], nhu cầu phụ tải điện mức cơ sở đƣợc phê duyệt với mức
tăng trƣởng bình quân 12.7%/năm trong giai đoạn 2011-2020 và tƣơng ứng
7.8%/năm giai đoạn 2021- 2030.
Tƣơng tự, theo kết quả nghiên cứu của đề tài KHCN-0907, “Dự báo nhu
cầu phụ tải trong giai đoạn 2000 - 2020” do Viện Chiến lƣợc phát triển, Bộ
Kế hoạch và Đầu tƣ xây dựng với 2 phƣơng án: phƣơng án cao và phƣơng án
cơ sở. Trong đó lấy nhịp độ phát triển dân số trong 25 năm (1996-2020) đƣợc
dự báo bình quân là 1.72%/năm.
Nhu cầu điện năng theo phƣơng án cao đƣợc dự báo theo phƣơng án
phát triển kinh tế cao. Để đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế này, tốc độ tăng
trƣởng trung bình điện năng sẽ là 10.2%/năm và 8.9%/năm tƣơng ứng với
từng giai đoạn là 2000 - 2010 và 2010 - 2020. Đến năm 2020, nhu cầu điện

năng là 204 tỷ kWh. Tốc độ tăng trƣởng điện năng của cả giai đoạn 1996 2020 là 11%/năm.
Nhu cầu điện năng phƣơng án cơ sở đƣợc dự báo theo phƣơng án phát
triển kinh tế cơ sở. Để đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế này, tốc độ tăng
trƣởng trung bình điện năng sẽ là 10.5%/năm và 8.2%/năm tƣơng ứng với
từng giai đoạn. Đến năm 2020, nhu cầu điện năng là 173 tỷ kWh. Tốc độ tăng
trƣởng điện năng của giai đoạn 2000 - 2020 là 10.4%/năm.
Với dự báo này thì ngành điện nói chung và LĐPPTA địa phƣơng nói
riêng trong thời gian tới địi hỏi phải có sự phát triển, cải tạo và mở rộng rất
lớn. Đây là một thực tế cần phải đƣợc quan tâm.


11

1.2 Chất lƣợng điện năng của LĐPPTA
Cơng trình điện phải đƣợc thiết kế, xây dựng và vận hành bảo đảm yêu
cầu chất lƣợng theo quy đinh về điện áp, tần số, hệ số cơng suất, sóng hài, sự
nhấp nháy của điện áp, dòng ngắn mạch và thời gian loại trừ sự cố [1][2].
1.2.1 Điện áp
- Điện áp danh định (định mức). Các cấp điện áp danh định trong hệ
thống điện bao gồm 500kV, 220kV, 110kV, 35kV, 22kV, 15kV, 10kV, 6kV
và 0.4kV.
Trong chế độ vận hành bình thƣờng điện áp vận hành cho phép tại điểm
đấu nối đƣợc phép dao động so với điện áp danh định nhƣ sau:
+ Tại điểm đấu nối với khách hàng sử dụng điện là ±5%;
+ Tại điểm đấu nối với nhà máy điện là +10% và -5%.
Trong chế độ sự cố đơn lẻ hoặc trong q trình khơi phục vận hành ổn
định sau sự cố, cho phép mức dao động điện áp tại điểm đấu nối với khách
hàng sử dụng điện bị ảnh hƣởng trực tiếp bởi sự cố trong khoảng +5% và
-10% so với điện áp danh định.
Trong chế độ sự cố nghiêm trọng hệ thống điện truyền tải hoặc khôi

phục sự cố, cho phép mức dao động điện áp trong khoảng ±10% so với điện
áp danh định.
Điện áp tăng cao sẽ uy hiếp cách điện đồng thời làm giảm tuổi thọ của
các thiết bị (ví dụ điện áp tăng lên 5% thì tuổi thọ của bóng đèn sẽ bị giảm đi
50%). Ngƣợc lại, điện áp giảm sẽ làm giảm công suất và gây ra hiện tƣợng
quá nhiệt của thiết (ví dụ điện áp giảm 5% thì quang thơng của đèn giảm tới
18%, cơng suất động cơ giảm và tốc độ quay giảm…).
Trong đó, độ lệch điện áp trên cực của các thiết bị điện so với điện áp
định mức đƣợc tính tốn theo biểu thức sau với U là điện áp thực tế trên cực
thiết bị điện.