Nghiên cứu ảnh hưởng của nguồn điện phân tán DG đến chất lượng điện áp của lưới điện phân phối áp dụng cho lưới điện địa phương của tỉnh hủa phăn CHDCND lào

..

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-------------------------------

Bounsong KHANTHALY

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NGUỒN ĐIỆN PHÂN
TÁN (DG) ĐẾN CHẤT LƯỢNG ĐIỆN ÁP CỦA LƯỚI
ĐIỆN PHÂN PHỐI, ÁP DỤNG CHO LƯỚI ĐIỆN
ĐỊA PHƯƠNG CỦA TỈNH HỦA PHĂN,
CHDCND LÀO

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN

Hà Nội – 2017


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-------------------------------

Bounsong KHANTHALY

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NGUỒN ĐIỆN PHÂN
TÁN (DG) ĐẾN CHẤT LƯỢNG ĐIỆN ÁP CỦA LƯỚI
ĐIỆN PHÂN PHỐI, ÁP DỤNG CHO LƯỚI ĐIỆN
ĐỊA PHƯƠNG CỦA TỈNH HỦA PHĂN,
CHDCND LÀO

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS TRẦN BÁCH

Hà Nội – 2017


LỜI CẢM ƠN
Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo trong Bộ môn Hệ thống điện
trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, gia đình, đồng nghiệp và bạn bè đã giúp đỡ, động
viên và tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả thực hiện luận văn. Đặc biệt tác giả xin bày tỏ
lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo PGS. TS. Trần Bách người đã tận tình hướng dẫn giúp
tác giả hồn thiện luận văn này.
Tác giả luận văn

Bounsong KHANTHALY

Học viên: Bounsong KHANTHALY

1

Lớp: 2015B - HTĐ


LỜI CAM ĐOAN
Tác giả xin cam đoan bản luận văn cao học này với đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng
của nguồn điện phân tán (DG) đến chất lượng điện áp của lưới điện phân phối, áp dụng

cho lưới điện địa phương của tỉnh Hủa Phăn, CHDCND Lào” và các giải pháp nâng cao
chất lượng điện áp” hoàn toàn do tác giả tự làm và các số liệu chưa từng được cơng bố
trong các tài liệu nào khác. Tác giả có tham khảo một số tài liệu được ghi trong mục “Tài
liệu tham khảo”.
Tác giả

Bounsong KHANTHALY

Học viên: Bounsong KHANTHALY

2

Lớp: 2015B - HTĐ


MỤC LỤC
Trang
LỜI CẢM ƠN...................................................................................................................................1
LỜI CAM ĐOAN.............................................................................................................................2
MỤC LỤC........................................................................................................................................3

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT ..................................................................... 5
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ............................................................................................... 7
DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .............................................................................................. 8
MỞ ĐẦU ...................................................................................................................................... 10
CHƯƠNG 1 ................................................................................................................................. 11
GIỚI THIỆU VỀ LƯỚI PHÂN PHỐI TRUNG ÁP ............................................................... 11
1.1. Tổng quát về lưới điện [1] ....................................................................................... 11
1.1.1. Định nghĩa ......................................................................................................... 11
1.1.2. Phân loại lưới điện ........................................................................................... 11

1.2. Giới thiệu về lưới điện phân phối trung áp .......................................................... 12
1.2.1. Tổng quan.......................................................................................................... 12
1.2.2. Lưới phân phối điện 3 pha 3 dây (3p3) ............................................................ 13
1.2.3. Lưới phân phối điện 3 pha 4 dây (3p4) ............................................................ 14
1.3. Sơ đồ lưới phân phối điện trung áp ..................................................................... 15
1.3.1. Sơ đồ lưới phân phối trung áp trên không ....................................................... 18
1.3.2. Sơ đồ lưới phân phối cáp trung áp ................................................................... 19
1.3.3. Sơ đồ hệ thống phân phối điện ......................................................................... 19
1.4. Các chế độ làm việc và yêu cầu của lưới điện phân phối trung áp ......................... 19
1.4.1. Định nghĩa chế độ làm việc.............................................................................. 19
1.4.2. Các yêu cầu của lưới điện phân phối trung áp ................................................. 21
1.4.3. Phụ tải của lưới điện phân phối trung áp ......................................................... 22
CHƯƠNG 2 ................................................................................................................................. 24
TỔNG QUAN VỀ NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN.................................................................... 24
2.1. Định nghĩa và đặc điểm công nghệ.......................................................................... 24
2.1.1. Định nghĩa ......................................................................................................... 24
2.1.2. Đặc điểm công nghệ nguồn phát điện phân tán ................................................ 24
Học viên: Bounsong KHANTHALY

3

Lớp: 2015B - HTĐ


2.2. Một số dạng nguồn phát điện phân tán. .................................................................. 26
2.2.1. Nguồn điện gió .................................................................................................. 26
2.2.2. Nguồn điện mắt trời .......................................................................................... 27
2.2.3. Thủy điện nhỏ ................................................................................................... 30
2.2.4. Điện sinh khối (Biomass). ................................................................................. 32
2.2.5. Năng lượng địa nhiệt ......................................................................................... 33

CHƯƠNG 3………………………………………………………………………………………35

ẢNH HƯỞNG CỦA NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN TỚI CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ - KỸ
THUẬT CỦA LƯỚI TRUNG ÁP ............................................................................................ 35
3.1. Khái quát chung ....................................................................................................... 35
3.1.1. Các lợi ích của DG: .......................................................................................... 35
3.1.2. Các điều cần chú ý khi kết nối DG vào lưới phân phối: ................................... 36
3.2. Tổn thất công suất trên lưới ..................................................................................... 36
3.3. Các vấn đề về điện áp .............................................................................................. 39
3.3.1. Sự gia tăng điện áp ............................................................................................ 41
3.3.2. Sự suy giảm nhanh điện áp ............................................................................... 42
3.3.3. Sự dao động điện áp .......................................................................................... 43
3.3.4. Độ khơng sin sóng điện áp ( hài bậc cao xuất hiện). ........................................ 44
3.4. Vấn đề về dòng điện sự cố và bảo vẹ rơle. .............................................................. 46
3.4.1. Dòng điện tăng cao trong các trường hợp sự cố. .............................................. 47
3.4.2. Thay đổi sự phối hợp giữa các thiết bị bảo vệ .................................................. 48
3.4.3. Máy cắt không mong muốn .............................................................................. 49
3.4.4. Tác động đến sự làm việc của tự động đóng lại................................................ 49
3.4.5. Thay đổi vùng tác động của rơle bảo vệ. .......................................................... 52
3.4.6. Các biện pháp hạn chế ảnh hưởng của DG trong chế độ sự cố lưới điện. ........ 52
3.5. Độ tin cậy cung cấp điện.......................................................................................... 53
3.5.1. Độ tin cậy cung cấp điện. ................................................................................. 53
3.5.2. Tính tốn độ tin cậy cung cấp điện. .................................................................. 55
3.6. Vấn đề về kinh tế và môi trường. ............................................................................ 58
3.6.1. Những vấn đề về môi trường: ........................................................................... 58
3.6.2. Những vấn đề về kinh tế ................................................................................... 59
3.7. Đánh giá ảnh hưởng của DG bằng hệ số đa mục tiêu.............................................. 60
3.7.1. Các hệ số ảnh hưởng của DG tới lưới phân phối .............................................. 60
Học viên: Bounsong KHANTHALY

4

Lớp: 2015B - HTĐ


3.7.2 Hệ số đa mục tiêu ............................................................................................. 63
CHƯƠNG 4 ................................................................................................................................. 64
TÍNH TỐN ÁP DỤNG, PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA DG ĐẾN CHẤT LƯỢNG
ĐIỆN ÁP VÀ TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRÊN LƯỚI ĐIỆN ............................................ 64
4.1. Phương pháp tính tốn lưới điện.............................................................................. 64
4.1.1. Ma trận tổng dẫn nút ........................................................................................ 64
4.1.2. Các loại nút trong lưới điện.............................................................................. 65
4.1.3. Mơ hình cân bằng cơng suất nút khi có kết nối DG......................................... 65
4.1.4. Phương pháp Newton-Raphson (NR) .............................................................. 67
4.1.5. Phần mềm tính tốn PSS/ADEPT ......................................................................... 68
4.2. Tính hiệu quả của DG trong việc cải thiện chất lượng điện áp và giảm tổn thất diện
năng trên đường dây ....................................................................................................... 70
4.2.1. Chỉ tiêu đánh giá hiệu quả cải thiện điện áp ..................................................... 70
4.2.2. Chỉ tiêu đánh giá hiệu quả giảm tổn thất công suất .......................................... 71
4. 3. Tính tốn áp dụng cho lưới điện thực tế ................................................................. 71
4.3.1. Tình hình chung của tỉnh HỦA PHĂN - LÀO ................................................. 71
4.3.2. Hiện trạng của lưới phân phối tỉnh HỦA PHĂN ............................................. 72
4.3.3. Lưới điện nghiên cứu ....................................................................................... 73
4.3.4. Tính tốn điện áp các nút và tổn thất cơng suất khi chưa có DG: .................... 82
4.3.5. Tính tốn điện áp các nút và tổn thất cơng suất khi có DG…………………..83
4.3.6. Phân tích độ giảm tổn thất cơng suất và chất lượng VI : ................................. 87
4.4. Kết luận…………………………………………...………………………………………88

Kết luận chung luận văn ………………………………………………………....89
Tài liệu tham khảo…………………………………………………………..…….90

Kết quả tính tốn lưới điện

Học viên: Bounsong KHANTHALY

5

Lớp: 2015B - HTĐ


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu, chữ viết tắt
CC
DG
ĐSK
FCL
GA
LPP
MBA
MPĐ
MPĐB
MPKĐB
TBA
TĐL
TĐN
WF
WT
CHP

Học viên: Bounsong KHANTHALY

Nghĩa tiếng Việt
Cầu chì
Nguồn điện phân tán
Điện sinh khối
Thiết bị hạn chế dịng sự cố
Thuật tốn di truyền
Lưới điện phân phối
Máy biến áp
Máy phát điện
Máy phát điện đồng bộ
Máy phát điện không đồng bộ
Trạm biến áp
Tự đóng lặp lại
Thủy điện nhỏ
Trang trại gió
Tuabin gió
Đồng phát nhiệt điện

6

Lớp: 2015B - HTĐ


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Danh mục

Trang

Bảng 1.1. Hệ số thống kê cho một số phụ tải thông dụng…………………………….….23

Bảng 2.1. Dãy công suất tương ứng của các công nghệ nguồn DG………………….….25
Bảng 3.1. Ví dụ về các hệ số đa mục tiêu………………………………………………...63
Bảng 4.1: Số liệu nút ………………………………………………………………….....75
Bảng 4.2: Số liệu dây dẫn ……………………………………………………………...…78
Bảng 4.3: Kết quả phân bố điện áp…………………………………………………….....87

Học viên: Bounsong KHANTHALY

7

Lớp: 2015B - HTĐ


DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Danh mục

Trang

Hình 1.1. Lưới điện 3 pha 3 dây……………………………………………….…..……..13
Hình 1.2. Lưới điện 3 pha 4 dây……………………………………………………...…..15
Hình 1.3. Lưới phân phối hình tia………………………………………………….…....15
Hình 1.4. Lưới phân phối hình tia phân đoạn……………………………………….........15
Hình 1.5. Lưới phân phối kín vận hành hở……………………………………….…........16
Hình 1.6. Lưới phân phối kín vận hành hở cấp điện từ 2 nguồn độc lập…………...…....16
Hình 1.7. Lưới điện kiểu đường trục……………………………………………………..16
Hình 1.8. Lưới điện có đường dây dự phịng chung…………………………..…….…....17
Hình 1.9. Hệ thống phân phối điện………………………………………………….…....17
Hình 1.9. Các loại sơ đồ trung áp trên khơng………………………………………….....18
Hình 2.1. Điểm kết nối (CP) và điểm kết nối chung (PCC)……………………………...25

Hình 2.2. Tổng quát về cấu tạo tổ hợp tuabin - máy phát điện gió………………….…...27
Hình 2.3. Sơ đồ năng lượng mắt trời..…………………………………………………....28
Hình 2.4. Mơ hình nhà máy thủy điện nhỏ………………………………………….…....30
Hình 2.5. Năng lượng sinh khối……………………………………………………….....32
Hình 2.6. Năng lượng địa nhiệt……………………………………………………….….34
Hình 3.1. DG làm giảm công suất trên đoạn lưới từ hệ thông tới………….………….....37
Hình 3.2. Phân bố hợp lý các DG trên lưới sẽ giảm được tổn thất so với đặt tập trung.....38
Hình 3.3. Điện áp nút tăng lên tại nút có đấu nối DG…………………………………....41
Hình 3.4. Ảnh hưởng của DG tới sự phối hợp giữa các bảo vệ…………………….…....48
Hình 3.5. Sự phối hợp giữa TĐL và CC trên lưới điện hình tia……….…………….…...50
Học viên: Bounsong KHANTHALY

8

Lớp: 2015B - HTĐ


Hình 3.6. DG làm việc song song với lưới …………………………………………..….54
Hình 3.7. Chế độ vận hành cô lập của DG làm tăng độ tin cậy của CCĐ……………..…54
Hình 3.8. Các thức đặt TĐL có thể làm tăng độ tin cậy của lưới điện…………….….….55
Hình 4.1 Sơ đồ lưới điện Feeder3 của tỉnh Hủa Phăn…………………………………...74
Hình 4.2. Biểu đổ điện áp nút trên lưới điện khi chưa có DG ………………………..…82
Hình 4.3. Biểu đổ điện áp nút trên lưới điện khi có DG tại nút 117 ………………….....83
Hình 4.4. Biểu đổ điện áp nút trên lưới điện khi có DG tại nút 117………………….….84
Hình 4.5. Biểu đổ điện áp nút trên lưới điện khi có DG tại nút 117…………………..…84
Hình 4.6. Biểu đổ điện áp nút trên lưới điện khi có DG tại nút 117 …...………………..85
Hình 4.7. Biểu đổ điện áp nút trên lưới điện khi có DG tại nút 92 …………………..….85
Hình 4.8. Biểu đổ điện áp nút trên lưới điện khi có DG tại nút 92……...………..……...86
Hình 4.9. Biểu đổ điện áp nút trên lưới điện khi có DG tại nút 92 …..……………….…86
Hình 4.10. Biểu đổ điện áp nút trên lưới điện khi có DG tại nút 92.. …...………………87

Học viên: Bounsong KHANTHALY

9

Lớp: 2015B - HTĐ


MỞ ĐẦU
Cùng với sự phát triển khoa học kỹ thuật trên thế giới ngày này, đi đôi với nhu cầu
ngày càng lớn về năng lược nhằm đáp ưng sự phát triển của kinh tế xã hội. Việc tập trung
nghiên cứu để tìm ra các nguồn năng lượng mới là yêu cầu cấp bách. Nguồn năng lượng
mới, các nguồn năng lượng tài tạo có cơng suất nhỏ là một trong những giải pháp đó. Tại
Lào do địa hình phức tạp, đồi núi song ngòi nhiều việc truyền tải điện đến vùng sâu, vùng
xa gặp rất nhiều khó khăn do đó phát triển các nguồn năng lượng có cơng suất nhỏ là một
giải pháp hiệu quả.
Tuy nhiên, trong quá trình phát triển hệ thống điện. Sự xuất hiện của nguồn điện phân
tán (DG) trong lưới điện phân phối cũng kéo theo một số vấn đề này sinh khi bản thân các
lưới phân phối chưa đáp ứng được sự gia tăng của nguồn và tải. Sự kết nối DG vào lưới
có thể làm thay đổi dịng cơng suất trên lưới, ảnh hưởng tới tổn thất điện áp và tổn thất
công suất trên lưới, ảnh hưởng tới dòng sự cố và độ tin cậy cung cấp điện của lưới. Để
tăng mức độ thâm nhập của DG cần phải tập trung quan tâm đến việc bố trí phụ tải trên
lưới điện có. Ngồi ra, sự kết nối DG cịn ảnh hưởng khác về mơi trường và vấn đề kinh
tế như đầu tư cải tạo, xây dựng mới hoặc nâng cấp lưới,...
Chính vì những lí do đó, luận văn này sẽ đi vào trình bày những ảnh hưởng của DG
tới chất lượng điện áp của nguồn phân phối, trong đó tập trung vào mối quan hệ giữa mức
độ thâm nhập và vị trí kết nối của DG trên lưới điện với vấn đề về điện áp và tổn thất
công suất trên lưới thông qua việc sử dụng phân mềm tính tốn. Những kết luận có liên
quan sẽ được đưa ra để phù hợp cho từng đối tượng như thiết kế, vận hành và khai thác
lưới điện.

Do đó tơi chọn đề tài nghiên cứu là:
“ Nghiên cứu ảnh hưởng của nguồn điện phân tán (DG) đến chất lượng điện áp của lưới
điện phân phối, áp dụng cho lưới điện địa phương của tỉnh Hủa Phăn, CHDCND - Lào”

Mục tiêu của luận văn
- Phân tích ảnh hưởng của DG đến lưới điện áp của lưới điện phân phối.
- Tính tốn phân tích ảnh hưởng của DG trong việc cải thiện chất lượng điện áp và giảm
tổn thất công suất trên lưới.
- Sử dụng phân mềm PSS/ADEPT mô phỏng ảnh hưởng nguồn điện phân tán (DG), Áp
dụng với lưới điện trung áp của tỉnh Hủa Phăn – Lào.

Học viên: Bounsong KHANTHALY

10

Lớp: 2015B - HTĐ


CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU VỀ LƯỚI PHÂN PHỐI TRUNG ÁP
1.1. Tổng quát về lưới điện [1]
1.1.1. Định nghĩa
Lưới điện bao gồm các nhà máy điện, trạm biến áp, các đương dây tải điện và các
thiết bị khác (như thiết bị điều khiển, tụ bù, thiết bị bảo vệ…) được nối liền với nhau
thành hệ thống làm nhiệm vụ sản xuất truyền tải và phân phối điện năng .
1.1.2. Phân loại lưới điện
Có nhiều cách phân loại lưới điện, sau đây là một số cách phân loại thường gặp:
1.1.2.1.Phân loại theo dòng điện
- Theo dòng điện, lưới điện bao gồm 2 loại:
+ Lưới điện xoay chiều là lưới điện mà nguồn điện được sử dụng trong các khâu chính

như phát điện, truyền tải, phân phối, tiêu thụ là nguồn xoay chiều.
+ Lưới điện một chiều là lưới điện mà nguồn điện được sử dụng trong hầu hết các khâu
là điện một chiều.
1.1.2.2. Phân loại theo chức năng
- Lưới hệ thống: Nối liền các nhà máy điện và các trạm trung gian khu vực tạo thành hệ
thống điện, lưới điện này có yêu cầu độ tin cậy rất cao nên có nhiều mạch vịng kín và vận
hành kín. Lưới điện hệ thống có điện áp cao và siêu cao.
- Lưới truyền tải: Là lưới điện, làm nhiệm vụ truyền tải điện từ các nhà máy điện hoặc
các trạm khu vực đến các trạm trung gian địa phương.
- Lưới phân phối trung áp: Đưa điện năng từ các nguồn điện hay các trạm trung gian (
địa phương hay khu vực ) đến các trạm phân phối phụ tải ( gọi tắt là trạm phân phối hay
trạm phụ tải )
- Lưới phân phối trung áp ( phạm vi nghiên cứu của đề tải – sau đây gọi tắt là lưới điện
phân phối – LPP ) làm nhiệm vụ phân phối điện năng từ các trạm trung gian ( hoặc hoặc
trạm khu vực hoặc thanh cái nhà máy điện ) cho các phụ tải.
Học viên: Bounsong KHANTHALY

11

Lớp: 2015B - HTĐ


1.1.2.3. Phân loại theo điện áp:
- Lưới điện cao và siêu cao áp.
- Lưới điện trung áp.
- Lưới điện hạ áp.
1.1.2.4.Phân loại theo khu vực
- Lưới điện đô thị.
- Lưới điện nơng thơn.
- Lưới điện xí nghiệp và dân dụng.

1.1.2.5. Phân loại theo phương án đi dây
- Lưới sử dụng đường dây trên không;
- Lưới sử dụng cáp.
1.1.2.6. Phân loại theo sự phát triển
- Lưới điện phát triển hay lưới điện động: là lưới điện cung cấp điện cho phụ tải luôn
phát triển theo thời gian và không gian.
- Lưới điện bão hòa hay lưới điện tĩnh: cung cấp điện cho phụ tải cố định, không phát
triển theo thời gian và không gian.
1.2. Giới thiệu về lưới điện phân phối trung áp
1.2.1. Tổng quan
- Lưới phân phối trung áp và lưới phân phối hạ áp là hai thành phần tạo nên lưới phân
phối. Trong đó: Lưới phân phối trung áp là lưới phân phối có điện áp 6, 10, 15, 22, 35 kV
phân phối điện cho các trạm phân phối trung áp/ hạ áp và các phụ tải trung áp; Lưới phân
phối hạ áp cấp điện cho các phụ tải hạ áp 380/220 V.
- Mang đặc điểm của Lưới phân phối, Lưới phân phối trung áp cũng có cấu trúc kín
nhưng vận hành hở. Khi có sự cố, phần lưới phân phối sau máy cắt gần điểm sự cố nhất
về phía nguồn bị cắt điện để tách sự cố ra khỏi hệ thống, phần lưới khơng có điểm bị sự
Học viên: Bounsong KHANTHALY

12

Lớp: 2015B - HTĐ


cố vẫn được đóng điện để tiếp tục vận hành. Chỉ có đoạn lưới sự cố bị mất điện cho đến
khi sửa chữa xong. Do đặc điểm của lưới phân phối là trải rộng trên khắp các khu vực,
vùng miền nên phụ tải của lưới phân phối có độ đồng thời thấp.
- Các thành phần cơ bản của LPP trung áp là:
+ Trạm biến áp trung gian, biến đổi điện năng sơ cấp máy biến áp (MBA) ở các cấp điện
áp cao (110 kV, 220 kV) cấp cho các LPP địa phương.

+ Lưới phân phối trung áp cấp điện cho các trạm biến áp phân phối hạ áp.
- Có hai loại lưới phân phối điện trung áp là lưới phân phối trung áp 3 pha 3 dây và lưới
phân phối trung áp 3 pha 4 dây.
1.2.2. Lưới phân phối điện 3 pha 3 dây (3p3)
Lưới này chỉ có 3 dây pha, các máy biến áp phân phối được cấp điện bằng điện áp
dây.
MBA nguồn

Đường trục pha 3 dây

Nhánh 3 pha

Nhánh 2 pha

MBA
Phụ tải 3 pha

MBA
Phụ tải 2 pha

Hình 1.1: Lưới điện 3 pha 3 dây
Khó khăn về kỹ thuật của lưới điện này là khi một pha chạm đất, nếu dòng điện chạm
đất do điện dung của các pha đối với đất lớn sẽ xảy ra dập hồ quang lặp lại, hiện tượng
này gay ra quá điện áp khá lớn (đến 3,5 lần Uđm pha) có thể làm hỏng cách điện của
đường dây hoặc máy biến áp.
Để khắc phục người ta phải nối đất trung tính của các cuộn dây trung áp, đây là nối
đất kỹ thuật ( cùng với nối đất lưới cao áp, gọi chung là nối đất làm việc ).

Học viên: Bounsong KHANTHALY

13

Lớp: 2015B - HTĐ


Điểm trung tính của phía trung áp có thể ở các dạng sau: Trung tính nối đất trực tiếp
(Z=0), trung tính cách đất ( Z=∞ ), trung tính nối đất qua điện trở hoặc điện kháng (
Z=R+jX), hoặc nối đất qua cuộn dập hồ quang ( petersen ) [1]
- Trung tính nối đất trực tiếp ( Z=0 ): Loại trừ hiện tượng hồ quang lặp lại bằng cách
cắt ngay đường dây vì lúc này chạm đất sẽ gây ra dịng ngắn mạch rất lớn. Bất lợi của
cách nối đất này là độ tin cậy cung cấp điện giảm do khi chạm đất một pha cũng tương
đương là ngắn mạch một pha, lưới sẽ bị cắt điện để đảm bảo an tồn cho thiết bị trên lưới.
Dịng điện ngắn mạch q lớn gây quy hại cho lưới điện và gây nhiều thơng tin.
- Trung tính cách đất ( Z=∞ ): Ưu điểm của trung tính cách đất là khi bị chạm đất một
pha thì lưới vẫn có thể vận hành do đó lưới này có độ tin cậy cao. Tuy nhiên, loại trung
tính này chỉ có thể áp dụng cho lưới điện có dịng chạm đất do điện dung gây ra nhỏ lớn
giá trị giới hạn. Vì cách điện của lưới điện phải chịu được điện áp dây nên sẽ bị ảnh
hưởng rất lớn khi xảy ra hiện tượng chạm đất một pha do điện áp các pha cịn lại có thể
tăng cao gây quá áp và cộng hưởng. Đồng thời làm tăng giá thành lưới điện ( nhất là lưới
cáp ).
- Trung tính nối đất qua điện trở hoặc điện kháng ( Z=R hoặc Z=R+jX ): điên trở hoặc
điện kháng nhằm giảm dòng ngắn mạch xuống mức cho phép. Biến pháp này được dùng
phổ biến cho lưới phân phối 22kV.
- Trung tính nối đất qua cuộn dập hồ quang: điện kháng của cuộn dập hồ quang ( còn
gọi là cuộn Petersen ) tạo ra dòng điện điện cảm triệt tiêu dòng điện điện dung khi chạm
đất làm cho dòng điện tổng đi qua điểm chạm đất nhỏ đến mức không gây ra hồ quang lặp
lại. Do đó khi xảy ra chạm đất một pha lưới điện vẫn vận hành được. Lợi ích của biện
pháp này là: Dập nhanh hồ quang khi chạm đất một pha, dòng chạm đất rất nhỏ có khi
xảy bị triệt tiêu, độ sụt áp nhỏ, khơng gây nhiễu đường dây điện thoại…Bên cạnh những
lợi ích trên thì phương pháp này vẫn có những nhược điểm: khi chạm đất các pha lành

phải chịu điện áp dây, sự cố cách điện có thể gây ra hồ quang dao động gây quá áp trên
cách điện các pha lành, cuộn dập hồ quang phải điều chỉnh được dể thích nghi với cấu
trúc vận hành thay đổi của lưới, sơ đồ bảo vệ sự cố chạm đất phức tạp và khó tìm chỗ sự
cố, giá thành cao và địi hỏi bảo quản thường xuyên lien tục.
Trên thực tế lưới điện trên khơng 6-10kV khơng phải nối đất, lưới cáp thì phải tính
tốn cụ thể, lưới điện 22kV trở lên nhất điện phải nối đất theo một trong các cách trên.
1.2.3. Lưới phân phối điện 3 pha 4 dây (3p4)
Lưới này ngoài 3 dây pha cịn có dây trung tính, các máy biến áp được phân phối
được cấp điện bằng điện áp dây ( máy biến áp 3 pha ) và điện áp pha ( máy biến áp 1 pha
). Trung tính của các cuộn dây trung áp được nối đất trực tiếp. Đối với loại lưới điện này
khi chạm đất là ngắn mạch.
Học viên: Bounsong KHANTHALY

14

Lớp: 2015B - HTĐ


MBA nguồn

Đường trục pha 4 dây

Nhánh 2 pha
+ trung tính
MBA
Phụ tải 1 pha

MBA
Phụ tải 1 pha

Nhánh 2 pha
+ trung tính

MBA
Phụ tải 1 pha

Hình 1.2: Lưới điện 3 pha 4 dây
1.3. Sơ đồ lưới phân phối điện trung áp
Lưới điện phân phối với mật độ khá dày đặc, là lưới trung gian ( nguồn ) và các
khách hàng tiêu thụ điện năng ( phụ tải ).
a) Lưới phân phối hình tia: lưới này có ưu điểm là rẻ tiền nhưng độ tin cậy thì rất thấp.

Hình 1.3: Lưới phân phối hình tia
b) Lưới phân phối hình tia phân đoạn: độ tin cậy cao hơn. Phân đoạn lưới phía nguồn có
độ tin cậy cao do sự cố hay dừng điện công tác các đoạn lưới phía sau vì nó ảnh hưởng ít
đến các phân đoạn trước. Nếu thiết bị phân đoạn là máy cắt thì khơng ảnh hưởng, nếu là
dao cách lý thì ảnh hưởng trong thời gian đổi nối lưới điện.

Hình 1.4: Lưới phân phối hình tia phân đoạn
c) Lưới phân phối kín vận hành hở ( lưới K/H ) do một nguồn cung cấp: có độ tin cậy cao
hơn nữa do mỗi phân đoạn được cấp điện từ hai phía . Lưới điện này có thể vận hành kín
cho độ tin cậy cao hơn nhưng phải trang bị máy cắt và thiết bị bảo vệ có hướng nên đắt
tiền. Vận hành hở độ tin cậy thấp hơn một chút do phải thao tác khi sự cố nhưng rẻ tiền,
có thể dùng dao cách lý tự động hay điều khiển từ xa.

Học viên: Bounsong KHANTHALY

15

Lớp: 2015B - HTĐ

Hình 1.5: Lưới phân phối kín vận hành hở
d) Lưới phân phối kín vận hành hở cấp điện từ 2 nguồn độc lập. Lưới điện này phải vận
hành hở vì không đảm bảo điều kiện vận hành song song lưới điện ở các điểm phân đoạn,
khi thao tác có thể gây ngắn mạch.

Nguồn 1

ĐD

TBPĐ

ĐD

ĐD

TBPĐ

ĐD

TBPĐ

Nguồn 2

Hình 1.6: Lưới phân phối kín vận hành hở cấp điện từ 2 nguồn độc lập

e) Lưới điện kiểu đường trục, cấp điện cho một trạm cắt hay một trạm biến áp, từ đó có
các đường dây cấp điện cho các trạm biến áp phụ tải. Trên các đường dây cấp điện khơng
có nhánh rẽ, loại này có độ tin cậy cao. Loại này hay dùng để cấp điện cho các xí nghiệp

hay các nhóm phụ tải xa trạm nguồn và các yêu cầu công suất lớn.
ĐD1

Nguồn
ĐD2
TBPĐ

Hình 1.7: Lưới điện kiểu đường trục
f) Lưới điện có đường dây dự phịng chung: có nhiều đường dây phân phối được dự
phòng chung bởi một đường dây dự phòng. Lưới điện này có độ tin cậy cao và rẻ hơn là
kiểu một đường dây như ở trên. Loại này được dùng tiện lợi cho lưới điện cáp ngầm.

Học viên: Bounsong KHANTHALY

16

Lớp: 2015B - HTĐ


Lưới điện trong thực tế là tổ hợp của 5 loại lưới điện trên. Áp dụng cụ thể cho lưới
điện trên không hay lưới điện cáp ngầm khác nhau và ở mỗi hệ thống điện có kiểu sơ đồ
riêng.
Lưới điện có thể điều khiển từ xa nhờ hệ thống SCADA và cũng có thể được điều
khiển bằng tay. Các thiết bị phân đoạn phải là loại khơng địi hỏi bảo dưỡng định kỳ và
xác suất sự cố rất nhỏ đến mức coi như tin cậy tuyệt đối.

Hình 1.8: Lưới điện có đường dây dự phịng chung
g) Hệ thống phân phối điện: đây là dạng cao cấp nhất và hoàn hảo nhất của lưới phân
phối trung áp. Lưới điện có nhiều nguồn, nhiều đường dây tạo thành các mạch kín có
nhiều điểm đặt thiết bị phân đoạn. Lưới 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.
Các điểm cắt được chọn theo điều kiện tổn thất điện năng nhỏ nhất cho chế độ bình
thường, chọn loại theo mùa trong năm và chọn theo điều kiện an toàn cao nhất khi sự cố.
Nguồn 2

Nguồn 1

Nguồn 3
TBPĐ
Nguồn 4

Hình 1.9: Hệ thống phân phối điện

Học viên: Bounsong KHANTHALY

17

Lớp: 2015B - HTĐ


1.3.1. Sơ đồ lưới phân phối trung áp trên không
a) Lưới hình tia

TBPĐ

b) Lưới hình tia phân phối

TBPĐ
TBPĐ

c) Lưới kín vận hành hở

TBPĐ

Trạm trung
gian khác

TBPĐ
Trạm
trung
gian

2

TBPĐ
1
TBPĐ
TBPĐ

Hình 1.10: Các loại sơ đồ trung áp trên không
Lưới phân phối trên không sử dụng ở nơng thơn là nơi có phụ tải phân tán với mật độ
phụ tải không cao, việc đi dây trên khơng bị hạn chế vì điều kiện an tồn hay mỹ quan. Ở
lưới phân phối trên khơng có thể dễ dàng nối các dây dẫn với nhau, các đường dây khá
dài và việc tìm kiếm sự cố khơng khó khan như với lưới phân phối cáp. Lưới phân phối
nông thôn đòi hỏi về độ tin cậy như với lưới phân phối thành phố. Vì thế lưới phân phối
trên khơng có sơ đồ hình tia, từ trạm nguồn có nhiều trục chính đi ra cấp điện cho từng
nhóm trạm phân phối. Các trục chính được phân đoạn để tăng độ tin cậy, thiết bị phân
đoạn có thể là máy cắt, máy cắt có tự đóng lại có thể tự động cắt ra khi sự cố và điều
khiển từ xa. Giữa các trục chính của một trạm nguồn hoặc của các trạm nguồn khác nhau

có thể được nối lien thơng để dự phòng khi sự cố hoặc khi ngừng điện kế hoặc đường trục
Học viên: Bounsong KHANTHALY

18

Lớp: 2015B - HTĐ


hoặc trạm biến áp nguồn. Máy cắt hoặc dao cách lý lien lạc được mở trong khi làm việc
để vận hành hở.
Day dẫn của đường trục phải được kiểm tra theo điều kiện sự cố để có thể tải điện dự
phòng cho các trục khác bị sự cố.
1.3.2. Sơ đồ lưới phân phối cáp trung áp
Lưới phân phối cáp trung áp được dùng ở thành phố có mật độ phụ tải cao, do đó lưới
ngắn. Ở đầu đường dây cáp có thể phải đặt thêm kháng điện để giảm dịng điện ngắn
mạch.
Lưới cáp có cấu tạo phức tạp hơn lưới trên không. Do việc phát hiện điểm sự cố và
sửa chữa cáp khó hơn đường day trên khơng nên lưới cáp có sơ đồ cơ bản là kín vận hành
hở. Cáp được chôn trong đất hoặc trong các mương cáp chỉ ngóc lên mặt đất trong trạm
phân phối và được nối qua 2 dao cách ly nối tiếp. Một trong số dao này mở để vận hành
hở.
Lưới cáp đô thị có nhiều dạng phực tạp nhằm nâng cao độ tin cậy với giá rẻ.
1.3.3. Sơ đồ hệ thống phân phối điện
Hệ thống phân phối điện bao gồm nhiều trạm trung gian được nối liên thông với
nhau bởi mạng lưới đường dây phân phối tạo thành nhiều mạch vịng kín. Hệ thong phân
phối điện được điều khiển thống nhất trong vận hành bằng hệ thống điều khiển từ xa có
sự trợ giúp của máy tính điện tử và tiến tới được điều khiển tự động hồn tồn bằng máy
tính điện tử. Hệ thống phân phối điện cho phép vận hành kinh tế lưới điện trong trạng thái
bình thường và rất linh hoạt trong tính trạng sự cố, đảm bảo độ tin cậy rất cao. Điểm cắt
lưới để vận hành hở được thay đổi thường xuyên trong quá trình vận hành khi đồ thị phụ

tải thay đổi, sơ đô vận hành tối ưu được máy tính điện tử tính tốn ra từ các số liệu đo xa
đặt trên các điểm kiểm tra của hệ thống phân phối điện. Khi xảy ra sự cố, máy tính điện tử
cũng tính cho ngay phương án vận hành thay thế tốt nhất. Nhân viên vận hành thực hiện
các sơ đồ tối ưu bằng các thiết bị điều khiển từ xa.
Chú ý rằng nếu khơng có điều khiển và đo lương từ xa thì vẫn có thể vận hành kinh tế
nhưng theo mùa trong năm. Người ta tính chọn sơ đồ vận hành tối ưu cho khoảng thời
gian trong đó phụ tải gần giống nhau ( thường là trong từng mùa do điều kiện khí hậu các
ngày giống nhau ) sau đó thao tác các thiết bị phân đoạn để thực hiện.
1.4. Các chế độ làm việc và yêu cầu của lưới điện phân phối trung áp
1.4.1. Định nghĩa chế độ làm việc

Học viên: Bounsong KHANTHALY

19

Lớp: 2015B - HTĐ


Tập hợp các quá trình điện xảy ra trong một thời điểm hoặc một khoảng thời gian vận
hành gọi là chế độ của hệ thống điện. Đặc trưng của chế độ là các thông số chế độ U, I, P,
Q, … Các thông số này luôn biến đổi theo thời gian. Tùy theo sự biến đổi của các thong
số chế độ theo thời gian và dựa vào sự biến thiên này để phân chia chế độ làm việc của
lưới điện.
1.4.1.1. Chế độ xác lập
- Chế độ xác lập là chế độ trong đó các thơng số biến đổi nhỏ quanh giá trị trung bình nên
có thể quy ước các thơng số là hằng số không đổi.
- Chế độ xác lập được chia thành:
+ Chế độ xác lập đối xứng giữa các pha, gọi tắt là chế độ xác lập đối xứng;
+ Chế độ xác lập không đối xứng.
- Khi hệ thống làm việc trong chế độ đối xứng thì sẽ đảm bảo các thiết bị tương ứng trên

các pha sẽ làm việc giống nhau, độ bền và tuổi thọ giống nhau, sẽ không xuất hiện các sự
cố do mất cân bằng pha gây nên, do đó, chế độ xác lập đối xứng là chế độ lý tưởng, là chế
độ tốt nhất cho sự làm việc ổn định của hệ thống; Ngược lại, chế độ làm việc khơng đối
xứng thì sẽ phát sinh nhiều vấn đề trong thực tế vận hành, cũng như do sự mất cân bằng
pha mang lại.
- Bên cạnh sự khác nhau trong thực tế vận hành, việc tính tốn lưới trong chế độ xác lập
khơng đối xứng cũng khó khăn hơn nhiều so với lưới đối xứng. Đối với Lưới phân phối
trung áp, chế độ làm việc thường là chế độ làm việc không đối xứng, rất ít khi hệ thống
làm việc trong chế độ đối xứng; Nhưng do có sự tính tốn, chia phụ tải cho các pha trong
quá trình vận hành nên sự mất cân bằng giữa các pha là không lớn, để dễ dàng trong tính
tốn chế độ, Lưới phân phối trung áp được coi là có chế độ làm việc chủ yếu là chế độ đối
xứng.
- Một cách phân chia khác dựa theo thời điểm xuất hiện chế độ xác lập:
+ Chế độ xác lập trước sự cố;
+ Chế độ xác lập sau sự cố.
- Dựa trên giá trị công suất thực tế của phụ tải, các chế độ của lưới phân phối trung áp
được quan tâm nhất là:

Học viên: Bounsong KHANTHALY

20

Lớp: 2015B - HTĐ


+ Chế độ max: là chế độ dùng để chọn hoặc kiểm tra kỹ thuật dây dẫn và thiết bị phân
phối điện, tính tổn thất cơng suất và tổn thất điện năng, đây là chế độ mà công suất phụ tải
có giá trị lớn, tiệm cận tới cơng suất thiết kế của lưới;
+ Chế độ min: là chế độ của lưới điện trong đó mức điện áp trên lưới là cao nhất; hệ
thống khơng có phụ tải hay hệ thống ở chế độ không tải cũng được coi là một trường hợp

của chế độ min.
1.4.1.2. Chế độ quá độ
- Chế độ quá độ là chế độ của lưới điện không phải là chế độ xác lập, đây là chế độ mà
các thông số chế độ biến đổi liên tục, rất nhanh theo thời gian, chế độ trước và sau của
chế độ quá độ là chế độ xác lập.
- Chế độ quá độ xuất hiện tại bất cứ thời điểm nào, mỗi khi bật/tắt một thiết bị phụ tải
hoặc xảy ra sự cố như ngắn mạch, sự cố do mất cân bằng pha, khiến cấu trúc của hệ thống
thay đổi, các thông số chế độ sẽ thay đổi và mất một thời gian để đưa hệ thống về xác lập.
Tùy thuộc vào tác nhân tạo ra sự thay đổi của các thông số chế độ mà thời gian tồn tại chế
độ quá độ là khác nhau. Nếu tác nhân là nhỏ thì chế độ quá độ tồn tại trong thời gian
ngắn, ngược lại, chế độ quá độ sẽ xuất hiện trong thời gian dài.
1.4.2. Các yêu cầu của lưới điện phân phối trung áp
Lưới điện phân phối có mật độ khá dày đặc, cung cấp điện năng cho phụ tải với chất
lượng điện năng đảm bảo, độ tin cậy cao, an toàn và đem lại cho doanh nghiệp kinh doanh
điện lợi nhuận cao nhất trong toàn bộ thời gian vận hành:
- Chất lượng điện năng bao gồm chất lượng điện áp và chất lượng tần số, phải đảm bảo
chúng thõa mãn các tiêu chuẩn về độ lệnh và độ dao động. Riêng với điện áp, nó cịn phải
đảm bảo độ khơng đối xứng và độ khơng sin.
- An tồn điện gồm có an tồn cho thiết bị phân phối điện, cho hệ thống điện, cho người
vận hành và người dùng điện.
- Độ tin cậy cung cấp điện cao, cần được xem xét chọn mức tin cậy hợp lý về kinh tế, thể
hiện trong việc lựa chọn phương án lưới điện.
- Tổn thất điện năng trên lưới là nhỏ nhất.

Học viên: Bounsong KHANTHALY

21

Lớp: 2015B - HTĐ

Bên cạnh đó, khả năng tải của lưới điện cũng cần được đảm bảo, đó là dịng điện hoặc
dịng cơng suất mà đường dây hoặc MBA tải được mà không vi phạm các tiêu chuẩn kỹ
thuật. Trên LPP, khả năng tải được tính theo phát nóng và điều kiện điện áp, tổn thất điện
áp trên đường dây phải nhỏ hơn giá trị cho phép, trong điều kiện bình thường và sự cố,
đảm bảo chất lượng điện áp ở phụ tải.
1.4.3. Phụ tải của lưới điện phân phối trung áp
Phụ tải điện là công suất tác dụng (P) và phản kháng (Q) yêu cầu đối với lưới điện ở
điện áp và tần số danh định tại một điểm nào đó trên lưới điện (gọi là điểm tải) và trong
một khoảng thời gian nào đó.
Trong các giá trị của phụ tải thì quan trọng nhất là phụ tải cực đại (max) là công suất
yêu cầu lớn nhất đối với lưới điện trong một chu kỳ vận hành nhất định. Giá trị phụ tải đó
thường được lấy là giá trị trung bình lớn nhất trong vòng 30 phút của đồ thị phụ tải thực.
Đây chính là giá trị cơng suất gây nên tổn thất điện áp lớn nhất trên lưới phân phối.
Lưới điện phân phối cung cấp điện tới một lượng lớn và đa dạng về các loại phụ tải
như: sinh hoạt, thương mại, công nghiệp, nông nghiệp và các thành phần khác. Các phụ
tải này có những tính chất và đặc điểm riêng về điện nên có những yêu cầu khác nhau về
đặc tính của các lộ đường dây cấp điện cho chúng. Và do đó các lộ đường dây sẽ được
phân loại theo từng loại phụ tải mà chúng cấp điện tới. Trong một trạm trung gian với
nhiều lộ xuất tuyến đó phụ thuộc vào phần trăm phụ tải trên tổng số phụ tải được cấp điện
[15].
Trên tồn bộ lưới thì đặc tính phụ tải của lưới sẽ thay đổi theo số hộ phụ tải được cấp
điện từ lưới. Khi số hộ tiêu thụ tăng lên tức là mức ảnh hưởng của chúng tới các chế độ
của lưới có thể được chia thành phụ tải động, phụ tải nhiệt, phụ tải chiếu sáng và các tổn
thất trên lưới.
Trong phạm vi 80 ÷ 120% điện áp định mức, thì sự phụ thuộc của các thành phần
phụ tải hỗn hợp vào điện áp có thể được mơ tả thơng qua quan hệ sau [15]:
P=[

U

Uđm

a

] . Pđm

;

Q=[

U

Uđm

b

] . Q đm

(1.1)

Trong (1.1) a= 0,6÷1,4 và b= 1,5÷3,2 giá trị trung bình của a = 1 và b = 2 có thể sử
dụng trong những trường hợp chung, có nghĩa là cơng suất tác dụng tiêu thụ tỉ lệ bậc nhất
với điện áp trong khi công suất phản kháng yêu cầu của phụ tải lại thay đổi theo bình
phương điện áp.

Học viên: Bounsong KHANTHALY

22

Lớp: 2015B - HTĐ


Một trong những đặc điểm của phụ tải là biến đổi theo tần số và điện áp tại điểm nối
vào lưới điện. Phụ tải cơ sở có giá trị ở Uđm và fđm . Khi điện áp và tần số lệch khỏi định
mức thì giá trị thực tế của phụ tải sẽ biến đổi theo quan hệ [1]:
P = K p . (f)pf
Q = K q . (U)qf . (f)qf
Trong đó, K p và K q là các hệ số phụ thuộc giá trị định mức của phụ tải. Còn các hệ
số pv, pf, qv và qf là các hệ số thống kê đặc trung cho các loại thiết bị dùng điện. Bảng
1.1 liệt kê giá trị của một số phụ tải.
Bảng 1.1. Hệ số thống kê cho một số phụ tải thong dụng
Phụ tải
Đen sợi đốt
Đen huỳnh quang
Máy sưởi (bình đun nước)
Động cơ KĐB đầy tải
Động cơ KĐB
Lị nung
Nhà máy nhơm

pv
1,6
1,2
2,0
0,2
0,1
1,9
1,8

pf
0
3-1
0
1,6
0,6
2,1
2,2

qv
0
-1
0
1,5
2,8
-0,5
-0,3

qf
0
2,8
0
-0,3
1,8
0
0,6

Khi có nhiều thiết bị điện dùng điện đối với một điểm tải, các hệ số pv, pf, qv và qf có
thể tính theo phương pháp trung bình tốn học như sau:
pv =

∑ pvi .pi

(1.3)

∑ pi

Trong đó pi là công suất phụ tải thứ i

Học viên: Bounsong KHANTHALY

23

Lớp: 2015B - HTĐ