Lựa chọn điểm phân đoạn hợp lý trong lưới điện trung áp

Bộ giáo dục và đào tạo
Trường đại học bách khoa Hà Nội
--------------------------------------

Luận văn thạc sĩ khoa học

Lựa chọn điểm phân đoạn hợp lý trong
lưới điện trung áp

Hoàng Quốc Đông

Hà Nội 2005


Bộ giáo dục và đào tạo
Trường đại học bách khoa Hà Nội
--------------------------------------

Luận văn thạc sĩ khoa học

Lựa chọn điểm phân đoạn hợp lý trong
lưới điện trung áp
Ngành: mạng và hệ thống Điện
mà số: 02.06.07

Hoàng Quốc Đông
Người hướng dẫn khoa học: VS.GS.TSKH. Trần Đình Long

Hà Nội 2005

Lời cảm ơn

Em xin chân thành cảm ơn

VS. GS. TSKH Trần Đình Long
Người thầy giáo, người anh hùng lao động mÉu mùc, t©m hut
tËn tơy víi nghỊ, víi sù nghiƯp phát triển Giáo dục cũng như Công
nghiệp của đất nước.

Em xin gửi đến thầy lời cảm ơn với tất cả lòng kính yêu và biết ơn
của em. Thầy đà cho em phương hướng, hết lòng chỉ bảo, hướng dẫn
truyền đạt những kiến thức chuyên môn cùng kinh nghiệm làm việc
trong suốt thời gian em học tập, nghiên cứu và thực hiện luận văn này.

Học trò

Hoàng Quốc Đông


Em xin chân thành cảm ơn

Các thầy cô giáo khoa Điện
Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Trung tâm đào tạo sau Đại Học
Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội

Các thầy cô, những người đà dìu dắt hướng dẫn em trong suốt
thời gian em học tập và nghiên cứu để hoàn thành khoá học này.
Em xin chân thành cảm ơn.
Học viên

Hoàng Quốc Đông


Lời cam đoan

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn này là trung thực và là
công trình nghiên cứu của tôi, chưa từng được ai công bố trong bất kỳ
công trình nào khác.

Hà Nội, ngày 30 tháng 10 năm 2005.
Tác giả luận văn

Hoàng Quốc Đông


Mục lục
Lời cảm ơn
Lời cam đoan
Chương 1

Giới thiệu luận văn
1.1 Đặt vấn đề......................................................................................... 14
1.2 Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn .................................................. 15
1.3 Phạm vi nghiên cứu .......................................................................... 16
1.4 Phương pháp nghiên cứu .................................................................. 16
1.5 Điểm mới của luận văn .................................................................... 16
1.6 Giá trị thực tiễn của luận văn ........................................................... 17
1.7 Bố cục của luận văn .......................................................................... 17

Chương 2

Tổng quan về lưới phân phối trung áp
2.1 Giới thiệu tổng quan về lưới điện phân phối trung áp ...................... 19
2.1.1 Đặc điểm của lưới điện phân phối trung áp ................................... 19
2.1.2 Các lý do vận hành hở lưới điện phân phối .................................... 20
2.1.3 Bài toán hở mạch vòng dưới góc độ thiết kế .................................. 21
2.1.4 Bài toán hở mạch vòng dưới góc độ vận hành ............................... 21
2.2 Các thiết bị phân đoạn trong lưới điện phân phối trung áp ............. 22
2.2.1 Dao c¸ch ly th­êng (DCL) ............................................................. 22
2.2.2 Dao c¸ch ly tự động (DCLTĐ) ....................................................... 23
2.2.3 Cầu dao phụ tải (CDPT) ................................................................. 23
2.2.4 Máy cắt có trang bị tự đóng lại (TĐL) ........................................... 24
2.2.5 Tự đóng nguồn dự phòng (TĐD).................................................... 24


2.2.6 Máy cắt (MC) ................................................................................. 25
2.2.7 DAS ............................................................................................... 26
2.3 Phân tích một số cấu hình thường gặp của lưới phân phối trung áp

27

2.3.1 Lưới phân phối trung áp một nguồn không phân đoạn .................. 27
2.3.2 Lưới phân phối trung áp một nguồn phân đoạn bằng DCL ............ 28
2.3.3 Lưới phân phối trung áp hai nguồn phân đoạn bằng DCL ............. 29
2.3.4 Lưới phân phối trung áp một nguồn phân đoạn bằng DAS ............ 30
2.3.5 Lưới phân phối trung áp hai nguồn phân đoạn bằng DAS ............. 30
Chương 3

Đánh giá độ tin cậy của một số cấu hình

lưới điện phân phối trung áp
3.1 Các khái niệm và thông số cơ bản ®Ĩ ®¸nh gi¸ ®é tin cËy cung cÊp
®iƯn ................................................................................................... 32
3.2 Mô hình Graph trong đánh giá độ tin cậy của lưới điện phân phối
trung áp.............................................................................................. 41
3.2.1 Mô tả lưới điện phân phối tổng quát dưới dạng Graph .................. 41
3.2.2 Độ tin cậy của các hệ thống đơn giản ............................................ 42
3.2.3 Độ tin cậy của các hệ thống phức tạp............................................. 44
3.3 Tính toán kỳ vọng thiếu hụt điện năng trong lưới phân phối trung
áp ....................................................................................................... 45
3.3.1 Tính toán kỳ vọng thiếu hụt điện năng bằng đồ thị phụ tải ........... 46
3.3.2 Tính toán kỳ vọng thiếu hụt điện cho các đường dây hình tia
bằng số liệu thống kê trung bình ................................................... 52
3.4 Đánh giá độ tin cậy và tính toán kỳ vọng thiếu hụt điện năng của
một số cấu hình lưới phân phối trung áp thường gặp ....................... 53
3.4.1 Lưới phân phối trung áp một nguồn không phân đoạn .................. 54


3.4.2 Lưới phân phối trung áp một nguồn phân đoạn bằng DCL ............ 55
3.4.3 Lưới phân phối trung áp hai nguồn phân đoạn bằng DCL ............. 57
3.4.4 Lưới phân phối trung áp một nguồn phân đoạn bằng DAS ............ 58
3.4.5 Lưới phân phối trung áp hai nguồn phân đoạn bằng DAS ............. 59
chương 4

phương pháp tính toán chọn điểm mở mạch vòng
hợp lý trong lưới điện phân phối trung áp
4.1 Các tiêu chí ảnh hưởng đến việc lựa chọn điểm mở mạch vòng
hợp lý ................................................................................................ 61
4.1.1 Tổn thất công suất tác dụng P ..................................................... 61
4.1.2 Tổn thất điện áp U ....................................................................... 61

4.1.3 ảnh hưởng của dòng điện ngắn mạch IN ........................................ 62
4.1.4 Sơ đồ bảo vệ của một số lưới phân phối trung áp ........................... 63
4.2 Tổng hợp các nghiên cứu về chọn điểm mở mạch vòng hợp lý, tái
cấu hình lưới giảm tổn thất công suất tác dụng P ......................... 64
4.2.1 Thuật toán đổi nhánh ...................................................................... 65
4.2.2 Thuật toán cắt vòng kín .................................................................. 65
4.2.3 Thuật toán tìm kiếm Heuristic........................................................ 66
4.2.4 Thuật toán tìm kiếm ngược - Backtracking .................................... 66
4.2.5 C¸c thuËt to¸n kh¸c ........................................................................ 67
4.3 ThuËt to¸n lùa chän điểm mở mạch vòng tái cấu hình lưới giảm
P .................................................................................................... 68
4.4 Bài toán lắp đặt tối ưu số thiết bị phân đoạn trên lưới phân phối

trung áp............................................................................................. 71
4.4.1 Xây dựng hàm mục tiêu cực tiểu hoá chi phí ................................. 71


4.4.2 Giải bài toán hàm mục tiêu tìm số lượng thiết bị phân đoạn tối
ưu .................................................................................................... 73
4.5 Bài toán thiết kế cải tạo và xây dựng mới lưới điện phân phối
trung áp............................................................................................. 76
4.6 Bài toán vận hành lưới điện phân phối trung áp ............................... 78
chương 5

Các ví dụ kiểm tra và áp dụng thực tế
trên lưới điện hà nội
5.1 Giới thiệu chương trình tính toán chế độ xác lập của lưới điện
phân phối .......................................................................................... 79
5.2 Ví dụ kiểm tra trên các bài toán mẫu ............................................... 83
5.2.1 Bài toán kiểm tra Civanlar hai nguồn ............................................. 83

5.2.2 Bài toán kiểm tra Civanlar ba nguồn .............................................. 86
5.2.3 Bài toán kiểm tra của Glamocanin ................................................. 93
5.2.4 Bài toán kiểm tra của Baran và Wu ................................................ 95
5.3 Bài toán áp dụng thực tế cho lưới ®iƯn khu vùc Hµ Néi.................. 99
kÕt ln ......................................................................................................... 104
Phơ lơc và tài liệu tham khảo


danh mục các hình vẽ
Hình 2.1

Lưới phân phối trung áp một nguồn không phân đoạn

Hình 2.2

Lưới phân phối trung áp một nguồn phân đoạn bằng DCL

Hình 2.3

Lưới phân phối trung áp hai nguồn phân đoạn bằng DCL

Hình 2.4

Lưới phân phối trung áp một nguồn phân đoạn bằng DAS

Hình 2.5

Lưới phân phối trung áp hai nguồn phân đoạn bằng DAS

Hình 3.1

Đồ thị biến thiên của các hàm p(t), q(t)

Hình 3.2

Luật phân bố mũ của thời gian sửa chữa

Hình 3.3

Mô hình lưới điện phân phối tổng quát dưới dạng Graph

Hình 3.4

Hệ thống n phần tử nối tiếp

Hình 3.5

Hệ thống m phần tử song song

Hình 3.6

Sơ đồ một lưới điện thực tế

Hình 3.7

Sơ đồ đẳng trị để tính toán độ tin cậy của hệ thống điện phức tạp

Hình 3.8

Sơ đồ cấu trúc rút gọn của hệ thống điện phức tạp

Hình 3.9

Đồ thị phụ tải ngày theo thời gian

Hình 3.10a

Đồ thị phụ tải ngày dạng bậc thang

Hình 3.10b Đồ thị phụ tải ngày kéo dài
Hình 3.11

Đồ thị thể hiện dÃy phân bố xác suất của phụ tải

Hình 3.12

Đồ thị dÃy phân bố xác suất của phụ tải và dÃy xác suất đảm bảo
công suất PHi(pHi)

Hình 3.13

Đồ thị phối hợp giữa dÃy xác suất đảm bảo công suất PHi(pHi) và
dÃy phân bố xác suất của phụ tải theo thời gian

Hình 4.1

Sơ đồ bảo vệ lưới điện phân phối trung áp mạch vòng vận hành hở

Hình 4.2

Sơ đồ bảo vệ lưới điện phân phối trung áp mạch hình tia

Hình 4.3

Lưu đồ giải thuật bài toán tái cấu hình lưới giảm P

Hình 4.4a

Đồ thị hàm ZE

Hình 4.4b

Đồ thị hàm ZTB


Hình 4.5

Đồ thị hàm tổng chi phí ZCP

Hình 5.1

Giao diện chính của chương trình PSS/E 29

Hình 5.2

Phần chọn lựa (Option) cho phép lựa chọn kiểu dữ liệu đầu vào

Hình 5.3

Nhập dữ liệu cho các nút của lưới điện

Hình 5.4

Nhập dữ liệu cho các nhánh của lưới điện

Hình 5.5

Nhập dữ liệu cho các nút phụ tải và các nút nguồn của lưới điện

Hình 5.6

Mạch điện Civanlar hai nguồn trước khi tìm điểm phân đoạn hợp
lý

Hình 5.7

Mạch điện Civanlar hai nguồn sau khi tìm điểm phân đoạn hợp lý

Hình 5.8

Mạch điện Civanlar ba nguồn trước khi tìm điểm phân đoạn hợp
lý

Hình 5.9a

Mạch điện Civanlar ba nguồn đóng tất cả các khóa điện

Hình 5.9b

Mạch điện Civanlar ba nguồn sau vòng lặp thứ nhất

Hình 5.10a

Mạch điện Civanlar ba nguồn sau vòng lặp thứ hai

Hình 5.10b Mạch điện Civanlar ba nguồn sau vòng lặp thứ ba
Hình 5.11

Mạch điện Civanlar ba nguồn sau tìm được điểm phân đoạn hợp
lý

Hình 5.12

Mạch điện Glamocanin trước khi tìm điểm phân đoạn hợp lý

Hình 5.13

Mạch điện Glamocanin sau khi tìm điểm phân đoạn hợp lý

Hình 5.14

Mạch điện Baran và Wu trước khi tìm điểm phân đoạn hợp lý

Hình 5.15

Mạch điện Baran và Wu sau khi tìm điểm phân đoạn hợp lý

Hình 5.16

Mạch vòng phân phối trung áp các lộ 478E8 479E8 và 475E18

hiện trạng

Hình 5.17

Mạch vòng phân phối trung áp các lộ 478E8 479E8 và 475E18 đề
nghị


danh mục các Bảng
Bảng 3.1

Số liệu tham khảo các chỉ tiêu độ tin cậy và ngừng điện kế hoạch
của các phần tử hệ thống điện

Bảng 5.1

Các thông số của mạng điện Civanlar hai nguồn

Bảng 5.2

Trào lưu công suất và điện áp của mạng điện Civanlar hai nguồn ở
cấu hình ban đầu

Bảng 5.3

Trào lưu công suất và điện áp của mạng điện Civanlar hai nguồn ở
dạng mạch vòng kín

Bảng 5.4

Trào lưu công suất và điện áp của mạng điện Civanlar hai nguồn
khi mở khoá điện 1-2

Bảng 5.5

Các thông số của mạng điện Civanlar ba nguồn

Bảng 5.6

Trào lưu công suất và điện áp của mạng điện Civanlar ba nguồn ở
dạng mạch vòng kín

Bảng 5.7

Trào lưu công suất và điện áp của mạng điện Civanlar ba nguồn khi
mở khoá điện 8-10

Bảng 5.8

Trào lưu công suất và điện áp của mạng điện Civanlar ba nguồn khi
mở khoá điện 8-10 và 7-16

Bảng 5.9

Trào lưu công suất và điện áp của mạng điện Civanlar ba nguồn khi
mở khoá điện 8-10, 7-16 và 9-11

Bảng 5.10 Các thông số của mạng điện Glamocanin
Bảng 5.11 Các thông số của mạng điện Baran và Wu
Bảng 5.12 Bảng thông số của mạng 478E8, 479E8 và 475E18

danh mục các chữ viết tắt

DCL

Dao cách ly thường

DCLTĐ

Dao cách ly tự động

CDPT

Cầu dao phụ tải

TĐL

Tự đóng lặp lại

TĐD

Tự đóng nguồn dự phòng

MC

Máy cắt

TBA

Trạm biến áp

MBA

Máy biến áp

ĐTC

Độ tin cậy


Luận văn thạc sĩ khoa học

Chương I:

giới thiệu luận văn
1.1 Đặt vấn đề
Lưới phân phối trung áp thường được thiết kế dưới dạng mạch vòng kín
nhưng vận hành hở, đặc biệt là lưới phân phối trong các thành phố, nơi mật độ
phụ tải cao việc thiết kế mạch vòng kín với nhiều nguồn cung cấp sẽ nâng cao
tính linh hoạt, ®é tin cËy cung cÊp ®iƯn cđa l­íi ph©n phèi trung áp, tuy nhiên
lưới mạch vòng vận hành kín có nhược điểm là vận hành phức tạp, số lượng
các thiết bị bảo vệ nhiều hơn so với các lưới hình tia, lắp đặt và chỉnh định các
thiết bị bảo vệ cũng phức tạp hơn. Khi xảy ra ngắn mạch, dòng ngắn mạch
trong lưới mạch vòng kín lớn vì thế các thiết bị trong lưới phải được chọn có
thể chịu được dòng ngắn mạch lớn, giá thành cao không kinh tế. Với lưới phân
phối hình tia, việc vận hành, lắp đặt và chỉnh định các thiết bị bảo vệ đơn giản
hơn, các thiết bị trên lưới có yêu cầu về khả năng chịu dòng ngắn mạch nhỏ
hơn so với mạch vòng kín, nhưng lưới hình tia lại có nhược điểm là ®é tin cËy
cung cÊp ®iƯn kÐm, kú väng thiÕu hơt điện năng lớn.

Do các lý do kỹ thuật trên, người ta thường sử dụng lưới phân phối thiết
kế dạng mạch vòng kín nhưng vận hành hở để tận dụng các ưu điểm của mạch
vòng như nâng cao tính linh hoạt, ®é tin cËy cung cÊp ®iƯn víi nhiỊu ngn
cung cÊp và hạn chế các nhược điểm nêu trên vì khi vận hành dạng mạch vòng
hở, có thể tận dụng được các ưu điểm của lưới hình tia, như dòng ngắn mạch
nhỏ, bảo vệ đơn giản v.v.. Việc chọn điểm mở mạch vòng ở đâu sẽ có yếu tố
quyết định tới các thông số chế độ của lưới điện và có thể tính toán trước để
lựa chọn điểm mở mạch vòng sao cho các thông số chế độ là tối ưu, phù hợp
với mục tiêu vận hành nhất như để giảm tổn thất công suất P, giảm tổn thất
điện năng A, giảm tổn thất điện áp U, .v.v...

Hoàng Quốc Đông

Trang - 14 -


Luận văn thạc sĩ khoa học

Tổn thất công suất trên toàn bộ hệ thống điện của nước ta hiện nay vẫn
cao khoảng 11% trong đó tổn thất trên lưới phân phối trung áp chiếm một
phần lớn khoảng 6% - 7%. Vì thế việc nghiên cứu giảm tổn thất công suất
trên lưới là một vấn đề hứa hẹn mang lại nhiều lợi ích thiết thực, một trong
những phương pháp đơn giản và dễ dàng và mang lại hiệu quả cao đó chính là
lựa chọn điểm phân đoạn hợp lý để giảm tổn thất công suất trên lưới phân phối
trung áp.
Ngoài ra lưới phân phối thiết kế kín, vận hành hở còn cho phép nâng cao
tính linh hoạt trong sửa chữa, thay thế thiết bị, nâng cao độ tin cậy cung cấp
điện, giảm kỳ vọng thiếu hụt điện năng đối với các hộ tiêu thụ.
1.2 Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn
Đặt vấn đề nghiên cứu phân tích tìm ra điểm mở mạch vòng hợp lý trong

lưới điện thiết kế kín để vận hành hở, nâng cao độ tin cậy, tính kinh tế cũng
như các thông số kỹ thuật, giảm tổn thất công suất từ đó áp dụng vào lưới điện
phân phối thực tế, cụ thể là:
- Phân tích đánh giá ®é tin cËy cung cÊp ®iƯn cđa mét sè m« hình lưới
điện phân phối thường gặp trong thực tế.
- Đánh giá mô hình lưới điện phân phối kín vận hành hở.
- Xây dựng giải thuật tìm kiếm điểm mở mạch vòng hợp lý trong lưới
phân phối trung áp có thiết kế mạch vòng kín.
- Xây dựng hàm mục tiêu cực tiểu hoá các chi phí lắp đặt, vận hành và
bảo dưỡng các thiết bị phân đoạn trong lưới điện phân phối kín vận
hành hở.
- Kiểm tra tính đúng đắn của phương pháp bằng các bài toán mẫu đÃ
được kiểm tra trong các công trình nghiên cứu trước đây.
- ứng dụng thực tế vào một số lưới điện phân phối điển hình của Việt
Nam.

Hoàng Quốc Đông

Trang - 15 -


Luận văn thạc sĩ khoa học

1.3 Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu trong luận văn này dựa trên các tài liệu giảng dậy của ngành
điện tại các trường đại học, các tạp chí khoa học và các công trình nghiên cứu
thạc sÜ, tiÕn sÜ khoa häc trong vµ ngoµi n­íc. Néi dung của luận văn nghiên
cứu xoay quanh vấn đề lựa chọn điểm phân đoạn hợp lý để mở mạch vòng
trong lưới điện phân phối thiết kế kín nhưng vận hành hở. Các bài toán chính
đề cập đến trong nội dung luận văn bao gồm:

- Đánh giá phân tích độ tin cậy cung cấp điện của một số lưới điện phân
phối truyền thống thường gặp.
- Bài toán thiết kế và vận hành lưới điện phân phối thiết kế kín và vận
hành hở bằng cách chọn điểm phân đoạn hợp lý để nâng cao độ tin cậy
cung cấp điện và các chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật.
- Bài toán kinh tế lựa chọn số lượng thiết bị phân đoạn tối ưu để thiệt hại
kinh tế do thiếu hụt điện năng là nhỏ nhất.
1.4 Phương pháp nghiên cứu
- Sử dụng các phương pháp toán học để xây dựng hàm mục tiêu cực tiểu
hoá chi phí lắp đặt các thiết bị phân đoạn và chi phí thiệt hại do thiếu
hụt điện năng, tìm ra số lượng thiết bị phân đoạn tối ưu
- Xây dựng giải thuật tìm kiếm điểm mở mạch vòng hợp lý, tái cấu hình
lưới giảm tổn thất công suất tác dụng.
- Sử dụng các bài toán chuẩn để đánh giá độ chính xác của giải thuật như
bài toán chuẩn Civanlar hai nguồn và ba nguồn cung cấp, bài toán của
Baran và Wu v.v..
1.5 Điểm mới của luận văn
Xây dựng một giải thuật ngắn gọn để tìm ra điểm mở mạch vòng hợp lý
trong lưới điện phân phối trung áp.

Hoàng Quốc Đông

Trang - 16 -


Luận văn thạc sĩ khoa học

Xây dựng bài toán hàm mục tiêu cực tiểu hoá chi phí lắp đặt, vận hành và
bảo dưỡng các thiết bị phân đoạn và thiệt hại kinh tế do sự thiếu hụt cung cấp
điện năng.

1.6 Giá trị thực tiễn của luận văn
Đưa ra một phương pháp tìm kiếm tính toán khả dụng từ đó lựa chọn
điểm hợp lý để mở mạch vòng cho các lưới phân phối trung áp thiết kế kín
hiện nay, áp dụng trong thực tế khi xây dựng bài toán thiết kế cũng như vận
hành, nâng cao chất lượng điện năng và độ tin cậy cung cấp điện.
Xây dựng được bài toán hàm mục tiêu cực tiểu hoá chi phí, tìm ra số
lượng các thiết bị phân đoạn tối ưu lắp đặt trên lưới.
Dựa trên phương pháp nghiên cứu trong luận văn, có thể áp dụng tính
toán để xây dựng mới một mạng lưới điện phân phối kín vận hành hở hoặc
trên mô hình lưới điện phân phối kín trước đây tính toán lắp đặt thêm các thiết
bị phân đoạn mới để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, nâng cao các chỉ tiêu
kinh tế kĩ thuật.
Vận hành tối ưu lưới điện cũ bằng cách chỉ ra các khoá điện nào trong
lưới đóng cắt là hợp lý nhất để mở mạch vòng, vận hành lưới dưới dạng hình
tia.
Dùng phương pháp tính toán dựa trên nội dung nghiên cứu của luận văn
này để đưa ra các phương pháp vận hành hợp lý nhất cho lưới điện phân phối
kín vận hành hở, giảm tổn thất điện năng, giảm hiện tượng quá tải trong các
giờ cao điểm.
1.7 Bố cục của luận văn
Luận văn được trình bày trong 5 chương.
Chương 1:

Giới thiệu luận văn

Chương 2:

Tổng quan về lưới điện phân phối trung áp

Chương 3:

Đánh giá ®é tin cËy cđa mét sè cÊu h×nh l­íi ®iƯn phân
phối trung áp.

Hoàng Quốc Đông

Trang - 17 -


Luận văn thạc sĩ khoa học

Chương 4:

Phương pháp tính toán lựa chọn điểm phân đoạn hợp lý
trong lưới điện phân phối trung áp.

Chương 5:

Các ví dụ kiểm tra và áp dụng thực tế trên lưới điện Hà
Nội

Kết luận
Các phụ lục và tài liệu tham khảo

Hoàng Quốc Đông

Trang - 18 -


Luận văn thạc sĩ khoa học

chương 2

tổng quan về lưới phân phối trung áp
2.1 Giới thiệu tổng quan lưới điện phân phối trung áp
2.1.1 Đặc điểm của lưới điện phân phối trung áp
Lưới điện phân phối trung áp là lưới điện trực tiếp chuyển tải điện năng
từ các trạm biến áp trung gian đến các trạm biến áp hạ áp cung cấp cho khách
hàng, các đường dây phân phối trung áp thường được vận hành hở dạng lưới
hình tia không phân đoạn, hình tia phân đoạn, mạch vòng kín vận hành hở...
Thông thường lưới phân phối có số lượng các phần tử cao hơn nhiều so với các
thành phần khác trong hệ thống điện nên xác suất sự cố cũng cao hơn nhiều,
vì vậy để đảm bảo cung cấp điện cho khách hàng hầu hết các tuyến đường dây
đều có mạch vòng liên kết với các đường dây, các nguồn kế cận. Việc khôi
phục cung cấp điện cho các hộ phụ tải sẽ giảm được rất nhiều thời gian bằng
các thao tác đóng cắt tự động các thiết bị phân đoạn nằm trong mạch vòng.
Thời gian phục hồi cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ điện phụ thuộc vào khả
năng tải của đường dây và nguồn dự phòng, vào khả năng tự động của các
thiết bị phân đoạn.
Lưới phân phối trung áp có đặc điểm là mỗi một đường dây phân phối
thường có nhiều loại phụ tải khác nhau (phụ tải sinh hoạt, chiếu sáng công
cộng, thương mại dịch vụ, nhà máy, phân xưởng sản xuất...) các loại phụ tải
này phân bố một cách ngẫu nhiên không đồng đều trên các lộ đường dây và
chúng có thời điểm sử dụng công suất lớn nhất khác nhau thay đổi trong ngày,
trong tuần và trong mùa. Vì thế trên các đường dây đồ thị phụ tải luôn thay
đổi, không bằng phẳng có thể gây ra hiện tượng quá tải tạm thời và tăng suất
tổn thất của các lộ đường dây trong lưới điện phân phối trung áp. Sự ảnh
hưởng này nặng nề nhất là với các cấu trúc lưới điện phân phối hình tia có một
Hoàng Quốc Đông

Trang - 19 -


Luận văn thạc sĩ khoa học

nguồn cung cấp, các lưới phân phối hình tia thường xuyên bị quá tải vào các
thời gian phụ tải cực đại trong ngày và trong mùa, tổn thất công suất trên các
đoạn đầu nguồn là rất lớn, hay xảy ra sự cố. Ngoài ra sơ đồ lưới cung cấp điện
hình tia còn có nhược điểm là độ tin cậy cung cấp điện thấp khi xảy ra sự cố
trên một phần tử thì toàn bộ đường dây (nếu không được phân đoạn) sẽ mất
điện, hoặc ít nhất thì các phần tử từ phân đoạn bị sự cố trở đi (theo hướng đi
của dòng công suất) sẽ bị mất điện. Để khắc phục nhược điểm này người ta
dùng sơ đồ lưới phân phối kín vận hành hở có nhiều thiết bị phân đoạn và
nhiều nguồn cung cấp.
2.1.2 Các lý do vận hành hở lưới điện phân phối
Lưới điện phân phối trung áp thường thiết kế kín và vận hành hở do các
lý do kinh tế và kỹ thuật như để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, chống quá
tải đường dây, giảm tổn thất, giảm chi phí đầu tư xây dựng ban đầu, tăng tính
linh hoạt trong vận hành, sửa chữa. Vận hành hở sẽ giảm chi phí đầu tư cho
các thiết bị do yêu cầu về khả năng chịu đựng dòng ngắn mạch trong mạch
vòng lớn hơn so với các mạch hình tia. Lưới phân phối là lưới trực tiếp truyền
tải điện năng đến cho hộ tiêu thụ nên số lượng rất lớn, nếu vận hành kín thì hệ
thống rơ le bảo vệ sẽ phức tạp hơn, thông thường phải dùng rơ le bảo vệ có
hướng, vận hành và chỉnh định khó khăn do số lượng lớn. Khi vận hành cấu
trúc lưới hở hệ thống bảo vệ chỉ cần dùng rơ le quá dòng và bảo vệ chạm đất.
Việc vận hành lưới điện phân phối hở bằng cách chọn điểm hợp lý để mở
mạch vòng cũng rất đơn giản, các điều độ viên sẽ tính toán lựa chọn ra điểm
mở mạch vòng có lợi nhất và sẽ ra lệnh đóng mở các thiết bị phân đoạn hiện
có trên lưới để thay đổi cấu hình lưới, thay đổi dòng công suất đi trên các
đường dây, chống quá tải cục bộ do phân bố dòng công suất không hợp lý,

giảm tổn thất công suất, tổn thất điện áp .v.v... Tuy nhiên trong một số trường
hợp điểm mở mạch vòng hợp lý tìm được nhờ tính toán lại rất xa so với điểm
đặt thiết bị phân đoạn trong thực tế nên việc mở mạch vòng sẽ không đạt hiệu
Hoàng Quốc Đông

Trang - 20 -


Luận văn thạc sĩ khoa học

quả cao. Do đó xuất phát từ vấn đề thực tế của việc lựa chọn điểm mở mạch
vòng, bài toán lựa chọn điểm phân đoạn hợp lý trong lưới điện trung áp được
chia thành hai loại : bài toán thiết kế và bài toán vận hành.
2.1.3 Bài toán mở mạch vòng dưới góc độ thiết kế
Bài toán thiết kế sẽ cho ra các kết quả tính toán xác định vị trí đặt thiết bị
phân đoạn với tần suất sử dụng lớn nhất. Xuất phát từ thực tế vận hành thường
xảy ra tình huống điểm mở mạch vòng tính toán thay đổi liên tục và xa các
điểm có thiết bị phân đoạn, vì vậy trong quá trình thiết kế lưới phân phối trung
áp mới, các số liệu về nhu cầu sử dụng công suất cực đại của phụ tải điển hình
trong ngày, trong tuần, trong mùa thường rất được quan tâm để dự báo xác
suất trạng thái thường gặp nhất của phụ tải, từ đó tính toán tìm ra các điểm đặt
các thiết bị phân đoạn thường mở để mạch vòng được vận hành dưới dạng các
mạch hình tia. Các thiết bị phân đoạn có thể là các dao cách ly thường, dao
cách ly tự động, cầu dao phụ tải, máy cắt, thiết bị tự đóng lại v.v.. tuỳ theo lợi
ích kinh tế mang lại, theo yêu cầu độ tin cậy cung cấp điện của các phụ tải,
thiết bị phân đoạn sẽ được lựa chọn phù hợp để lắp đặt sao cho lợi ích kinh tế
thu được là lớn nhất.
2.1.4 Bài toán mở mạch vòng dưới góc độ vận hành
Trong vận hành lưới điện phân phối, mỗi khu vực khác nhau có phụ tải
khác nhau, tính chất và nhu cầu sử dụng công suất của phụ tải cũng khác

nhau. Nhu cầu điện năng của các phụ tải cũng thay đổi theo giờ trong ngày và
tuỳ theo đặc điểm của mỗi loại phụ tải, giờ sử dụng công suất lớn nhất của
từng loại phụ tải trong ngày, trong tuần và trong mùa sẽ khác nhau. Dưới góc
độ vận hành, bài toán có điều kiện ban đầu là: số điểm đặt thiết bị phân đoạn,
số thiết bị phân đoạn và loại thiết bị phân đoạn đà cho trước, vì thế bài toán
vận hành là bài toán mà từ các số liệu hiện thời hoặc từ các số liệu thu thập
được để dự báo nhu cầu công suất tiêu thụ của các phụ tải trong thời gian gần

Hoàng Quốc §«ng

Trang - 21 -


Luận văn thạc sĩ khoa học

để tính toán lựa chọn ra các khoá điện có sẵn trên lưới sẽ được mở ra tạo thành
mạch vòng hở theo các hàm mục tiêu đề ra.
2.2 Các thiết bị phân đoạn trong lưới điện phân phối trung áp
Để phân đoạn lưới phân phối nâng cao độ tin cậy, giảm thời gian gián
đoạn cung cấp điện ngoài các thiết bị cổ điển như DCL, cầu dao phụ tải, người
ta còn sử dụng một số thiết bị tự động để làm thiết bị phân đoạn như: máy cắt,
dao cách ly tự động, máy cắt có tự động đóng lại, tự động đóng nguồn dự
phòng v.v..
Việc quyết định sử dụng các thiết bị tự động cần phải xem xét từ nhiều
khía cạnh của hệ thống cung cấp điện, phải phối hợp thoả hiệp nhiều mặt như
chọn sơ đồ nối dây, chọn thiết bị, hình thức bảo vệ, trình độ vận hành và khai
thác thiết bị tự động v.v.. với chi phí đầu tư tương ứng.
2.2.1 Dao cách ly thường (DCL)
Là loại thiết bị được dùng làm thiết bị phân đoạn phổ biến nhất hiện nay
vì giá thành rẻ và phù hợp với thực trạng lưới điện phân phối của Việt Nam.

Lưới điện phân phối của nước ta hiƯn nay ngoµi mét sè khu vùc néi thµnh các
thành phố lớn có hệ thống lưới phân phối trung áp ngầm như Hà Nội, Thành
Phố Hồ Chí Minh, Hải Phòng những khu vực ngoại thành và các tỉnh thành
phố khác có đặc điểm mật độ phụ tải không cao, địa bàn cung cấp điện trải dài
trên một vùng rộng lớn thì hệ thống đường dây điện phân phối trung áp trên
không vẫn chiếm phần lớn. Với những lưới phân phối trên không cấp điện cho
một địa bàn rộng với mật độ phụ tải không cao DCL vẫn được sử dụng. DCL
thường có nhược điểm là không đóng cắt có tải và không điều khiển từ xa
được nên khi thao tác phải cắt điện đầu nguồn và thao tác dao cách ly tại chỗ.
Vì thế thời gian thao tác lâu, đặc biệt khi xảy ra sự cố trên đường dây, nếu
không phát hiện được bằng mắt phải đóng/cắt thử từng dao cách ly để phân
đoạn cách ly điểm sự cố sẽ mất rất nhiều thời gian, phải đóng cắt máy cắt
Hoàng Quốc Đông

Trang - 22 -


Luận văn thạc sĩ khoa học

nhiều lần, giảm tuổi thọ của máy căt và giảm độ ổn định cung cấp điện. Tuy
nhiên vì các lý do kinh tế, tính chất, yêu cầu độ tin cậy cung cấp điện của các
loại hộ phụ tải thì DCL thường vẫn được sử dụng trên lưới, đặc biệt là các
vùng ngoại thành, nông thôn.
2.2.2 Dao cách ly tự động (DCLTĐ)
DCLTĐ khác với DCL thường ở chỗ có thể điều khiển từ xa, khi xảy ra
sự cố bằng thao tác đóng cắt từ xa có thể xác định và cách ly phân đoạn sự cố,
ưu điểm này của DCLTĐ làm giảm thời gian tìm kiếm xác định sự cố và thời
gian gián đoạn cung cấp điện.
Tuy nhiên, do không đóng cắt có tải được nên khi chuyển tải, tái cấu hình
lưới để cải thiện các thông số vận hành phải cắt nguồn cung cấp, gây ra tình

trạng mất điện không cần thiết, làm giảm độ tin cậy và ổn định của hệ thống
điện. Trong lưới điện phân phối trung áp của Việt Nam DCLTĐ chưa được sử
dụng rộng rÃi.
2.2.3 Cầu dao phụ tải (CDPT)
Cầu dao phụ tải (CDPT) là thiết bị đóng cắt có tải được sử dụng tương
đối phổ biến hiện nay ở các khu vực các đô thị có lưới điện phân phối trung áp
ngầm. CDPT có thể đóng cắt có tải nên khi thao tác không cần phải cắt điện,
tránh hiện tượng mất điện không cần thiết của các phụ tải khi phải đổi nguồn,
san tải hoặc cắt điện một phần lưới điện để thao tác.
Điểm hạn chế của CDPT là không kết hợp được với các điều khiển từ xa,
các thiết bị bảo vệ nên thời gian thao tác cô lập sự cố lâu do phải thao tác tại
chỗ. Tuy nhiên với ưu điểm có khả năng đóng cắt có tải, giá thành thấp, trong
các trường hợp ngừng điện kế hoạch, CDPT có ưu điểm hơn hẳn so với các
thiết bị như DCL thường, DCLTĐ nhờ khả năng đóng cắt có tải nên được sử
dụng rộng rÃi ở các khu vực có mật độ phụ tải cao như Hà Nội, Hải Phòng...

Hoàng Quốc Đông

Trang - 23 -


Luận văn thạc sĩ khoa học

2.2.4 Máy cắt có trang bị tự đóng lại (TĐL)
Thực chất TĐL là khi một phần tử của hệ thống cung cấp điện tự động
cắt ra, sau một thời gian xác định lại được đóng trở lại vào hệ thống (nếu như
không bị cấm đóng lại) và nguyên nhân làm cho phần tử bị cắt ra không còn
nữa thì phần tử đó có thể tiếp tục làm việc. Thời gian đóng lại càng ngắn càng
tốt, song thời gian đó phải đủ lớn để các rơle bảo vệ trở lại vị trí ban đầu và
đảm bảo điều kiện khử ion tại điểm ngắn mạch. Có như vậy khi thiết bị được

đóng trở lại, hồ quang chỗ ngắn mạch không tiếp tục phát sinh. Thông thường
đối với mạng trung áp thời gian tự động đóng lại được lấy bằng 0,2s.
Đối với đường dây trên không tỷ lệ sự cố thoáng qua rất cao như: phóng
điện chuỗi sứ khi quá điện áp khí quyển, dây dẫn chạm nhau khi đung đưa
hoặc lúc gió to, đường dây và thanh góp bị ngắn mạch bởi những vật khác
nhau, đường dây và máy biến áp bị cắt ra do các thiết bị bảo vệ làm việc
không chọn lọc v.v.... Vì vậy TĐL có xác suất thành công cao, được sử dụng
hiệu quả với các lưới phân phối trung áp trên không.
Với việc sử dụng TĐL các sự cố thoáng qua sẽ được khôi phục cung cấp
điện trong thời gian tối thiểu, do đó thiệt hại kinh tế do ngừng cung cấp điện
được giảm đáng kể. Ngoài ra TĐL còn tăng độ ổn định và độ tin cậy của hệ
thống điện, việc lắp đặt, thao tác và vận hành TĐL lại tương đối dễ dàng nên
được sử dụng phổ biến trên lưới phân phối trung áp trên không ở Việt Nam.
2.2.5 Tự động đóng nguồn dự phòng (TĐD)
Một trong những biện pháp để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện là đặt
các phần tử dự phòng trong hệ thống cung cấp điện. Để đưa các phần tử dự
phòng vào làm việc nhanh chóng và an toàn thường đặt các thiết bị tự động
đóng dự phòng. Trong các trường hợp này khi nguồn làm việc bị cắt ra thì
thiết bị TĐD sẽ đóng nguồn cung cấp dự phòng. TĐD hoặc các thiết bị dự

Hoàng Quốc Đông

Trang - 24 -


Luận văn thạc sĩ khoa học

phòng được sử dụng trong trường hợp thiệt hại do gián đoạn cung cấp điện cao
hơn tiền thiết bị TĐD.
TĐD của nguồn cung cấp và thiết bị đường dây, máy biến áp, máy phát,

thanh góp, các phân đoạn và hệ thống thanh cái, động cơ điện thường xảy ra
sau khi có bất kỳ dạng bảo vệ nào tác động hay máy cắt điện tự cắt ra.Thời
gian đóng dự phòng thường được chỉnh định trong khoảng 0,5 - 1,5s. Nếu
chỉnh định thời gian lớn hơn nữa thì các động cơ tự khởi động lại sẽ bị khó
khăn.
Tuy nhiên việc tự động hoá lưới điện phân phối trung áp chưa cao nên
TĐD thường chỉ dùng tại các trạm truyền tải để đóng nguồn dự phòng cung
cấp cho các thiết bị điều khiển, chiếu sáng sự cố... Ngoài ra TĐD được lắp đặt
để đóng nguồn dự phòng cho các thanh cái tại các trạm biến áp khi máy biến
áp hoặc một trong các lộ đường dây cấp tới cho máy biến áp bị mất điện, TĐD
sẽ tự động đóng nguồn từ các máy biến áp còn lại.
Đối với lưới phân phối trung áp, TĐD hiện nay chỉ có thể lắp đặt tại đầu
nguồn cho các lộ đường dây phân phối trung áp có yêu cầu về độ tin cậy cung
cấp điện cao để khi xảy ra sự cố, thanh cái cấp nguồn cho lộ đường dây bị mất
điện thì TĐD sẽ đóng nguồn dự phòng từ thanh cái khác không bị sự cố.
2.2.6 Máy cắt (MC)
Trong trường hợp lưới phân phối trung áp được phân đoạn bằng máy cắt,
khi một phần tử sự cố, máy cắt phân đoạn ở đầu phần tử sự cố sẽ tự cắt và cô
lập phần tử sự cố. Các phần tử trước phần tử sự cố hoàn toàn không bị ảnh
hưởng. Giải pháp phân đoạn làm tăng đáng kể độ tin cậy của lưới phân phối,
giảm được tổn thất kinh tế do mất điện nhưng cần phải đầu tư vốn cho nên chỉ
sử dụng khi lợi ích kinh tế thu được nhờ giảm thời gian gián đoạn cung cấp
điện lớn hơn giá trị kinh tế đầu tư của máy cắt.

Hoàng Quốc Đông

Trang - 25 -