Nghiên cứu đánh giá hiện trạng và đề xuất một số giải pháp cải thiện chất lượng điện áp trong lưới điện trung áp tỉnh Thái Nguyên

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
1
Mở đầu
Trong những năm gần đây, do sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế, tốc
độ độ công nghiệp hoá tăng nhanh, nhu cầu về điện năng ngày càng lớn đòi hỏi
ngành Điện phải đi trước một bước để tạo cơ sở cho sự phát triển của nền kinh
tế. Cùng với sự phát triển của nền kinh tế quốc dân là những yêu cầu ngày càng
khắt khe của khách hàng về chất lượng điện năng. Ngành Điện phải thực hiện
những kế hoạch phát triển nguồn và lưới phù hợp với nhu cầu của phụ tải và cải
tạo nâng cấp những khu vực hiện có, đề ra những biện pháp vận hành hợp lý để
nâng cao chất lượng điện năng, tăng công suất truyền dẫn để có thể đáp ứng
ngày càng tốt hơn những đòi hỏi ngày càng cao về sản lượng cũng như chất
lượng điện năng đồng thời tiết kiệm chi phí, giảm tổn thất và nâng cao hiệu quả
kinh tế cung cấp và sử dụng điện. Đó là một nhiệm vụ hết sức khó khăn, trong
đó việc nâng cao chất lượng điện năng ở lưới điện phân phối có ảnh hưởng
đáng kể đến chất lượng điện năng và chỉ tiêu kinh tế chung của toàn hệ thống.
Với lưới điện phân phối việc đáp ứng những yêu cầu về chất lượng điện
năng gặp không ít khó khăn, đặc biệt đối với lưới điện 6kV và 10kV xuất phát
từ các trạm trung gian 35/6kV và 35/10kV không có hệ thống điều áp dưới tải.
Sự phát triển mạnh mẽ của phụ tải điện ảnh hưởng đến chất lượng điện năng
trong lưới điện phân phối biểu hiện dễ nhận thấy là chất lượng điện áp.
Với đề tài “ Nghiên cứu đánh giá hiện trạng và đề xuất một số giải
pháp cải thiện chất lƣợng điện áp trong lƣới điện trung áp tỉnh Thái
Nguyên” tác giả mong muốn đóng góp một phần nhỏ những tìm tòi, nghiên
cứu của mình vào việc đảm bảo chỉ tiêu chất lượng điện áp trong lưới điện
phân phối có nhiều cấp điện áp nhưng không có hệ thống điều áp dưới tải tại
các trạm trung gian.
Luận văn bao gồm 4 chương, trong đó tại Chương 1 tác giả giới thiệu
tổng quát về hiện trạng và triển vọng phát triển cùng với những yêu cầu xuất

phát từ thực tế về chất lượng điện năng của lưới điện tỉnh Thái Nguyên,.
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
2
Chương 2 trình bày lý thuyết chung về chất lượng điện năng, các chỉ tiêu
chất lượng điện năng tại một số quốc gia và của Việt Nam, chú trọng phân tích
chỉ tiêu độ lệch điện áp, diễn biến của điện áp trong lưới điện phân phối và các
phương pháp điều chỉnh độ lệch điện áp.
Chương 3 tiến hành khảo sát, đánh giá thực trạng chất lượng điện áp tại
một số nút chính trong lưới điện phân phối tỉnh Thái Nguyên. Trong chương
này luận văn cũng nghiên cứu các phương pháp tính toán đánh giá chất lượng
điện áp (CLĐA) tại các nút phụ tải theo chỉ tiêu tổng quát (CTTQ) cùng với các
giải pháp cải thiện chất lượng điên áp phù hợp với đặc điểm của lưới điện phân
phối tỉnh Thái Nguyên.
Trên cơ sở các phương pháp tính toán tác giả đã thành lập các thuật toán để tính
toán kiểm tra CLĐA tại các nút của lưới điện phân phối đơn giản và trình bày
những nét cơ bản của chương trình phần mềm Conus sẽ được sử dụng tại
Chương 4 khảo sát các sơ đồ lưới điện phân phối phức tạp trong thực tế vận
hành.
Chương 4 nghiên cứu áp dụng chương trình Conus để tính toán khảo sát
CLĐA và đề xuất một số giải pháp cải thiện CLĐA trong lưới điện phân phối
tỉnh Thái Nguyên.
Tác giả chân thành gửi lời cảm ơn tới TS Nguyễn Mạnh Hiến và các thầy
cô của Bộ môn Hệ thống điện trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã tận tình
hướng dẫn, chỉ bảo giúp tác giả hoàn thành luận văn. Cảm ơn các đồng nghiệp
đã giúp đỡ trong công việc để tác giả có thời gian học tập, thu thập số liệu viết
luận văn.
Do thời gian có hạn và kiến thức còn nhiều hạn chế nên luận văn chắc
chắn còn nhiều khiếm khuyết. Tác giả chân thành mong muốn nhận được sự

chỉ bảo góp ý của thầy cô và các đồng nghiệp cùng bạn đọc quan tâm đến nội
dung luận văn này.

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
3
CHƢƠNG I
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LƢỚI ĐIỆN KHU VỰC THÁI NGUYÊN
1.1-Cấu trúc hiện tại của lưới điện Thái Nguyên và phương hướng phát triển
trong tương lai.
Thái nguyên là một tỉnh miền núi trung du, nằm trong vùng trung du và
miền núi Bắc bộ, diện tích tự nhiên 3.562,82 km2, dân số hiện nay là 1.046.000
người. Thái Nguyên là một tỉnh không lớn, chiếm 1,13% diện tích và 1,41%
dân số so với cả nước. Thái Nguyên tiếp giáp với tỉnh Bắc Cạn ở phía bắc, phía
tây giáp Vĩnh Phúc và Tuyên Quang, phía đông giáp các tỉnh Lạng Sơn và Bắc
Giang và phía nam giáp Thủ đô Hà Nội. Thái Nguyên có địa hình đa dạng bao
gồm các khu vực trung du và các vùng núi.
Thái Nguyên là một thành phố công nghiệp, tỷ trọng điện tiêu thụ trong
sản xuất công nghiệp chiếm khoảng 70% so với tổng điện năng tiêu thụ. Lưới
điện phân phối hiện nay ở Thái Nguyên là lưới điện có điện áp dưới 110kV, sử
dụng các cấp điện áp thông dụng như 35, 22, 10, 6kV có trung tính cách ly,
trung tính nối đất trực tiếp hoặc gián tiếp qua máy biến áp tạo trung tính hoặc
cuộn dập hồ quang ( cuộn Pertecxen). Lưới điện phân phối vận hành theo chế
độ mạng điện hở (hình tia hoặc phân nhánh) hoặc mạch vòng nhưng vận hành
hở, độ dài mỗi xuất tuyến thường không đến 100km. Nguồn cấp cho các xuất
tuyến phân phối chủ yếu do các trạm 110kV hoặc 220kV và các trạm trung
gian 35/10kV, 35/6kV cung cấp. Do các điều kiện về địa lý, kinh tế, mức độ
yêu cầu cung cấp điện của phụ tải... nên lưới phân phối ở các khu vực khác
nhau rất khác nhau về mật độ phụ tải, chiều dài đường dây, công suất truyền

dẫn cũng như tổn thất điện áp, điện năng và độ tin cậy cung cấp điện.
Lưới điện phân phối ở khu vực Thái Nguyên có thể đại diện cho lưới
phân phối nói chung vì nó gồm nhiều khu vực có tính chất phụ tải đa dạng: phụ
tải công nghiệp tập trung, phụ tải sinh hoạt và sản xuất nhỏ ở đô thị, phụ tải
nông thôn, phụ tải sinh hoạt miền núi. Lưới 35kV và 22kV được cấp trực tiếp
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
4
từ các trạm 110kV hoặc 220kV. Với cấp điện áp 10kV và 6kV, một số đường
dây được cấp trực tiếp từ các trạm 110kV cho các phụ tải cao áp hoặc khu công
nghiệp tập trung, phần còn lại từ các trạm trung gian 35/6kV hoặc 35/10kV.
Nguồn cấp điện khu vực Thái Nguyên hiện tại là 7 trạm 110kV, 01 trạm
220kV và nhà máy nhiêt điện Cao Ngạn công suất 100MW (xem H 1.1 - Sơ đồ
lưới điện 220-110kV). Các trạm 110kV và 220kV đều có hệ thống điều áp dưới
tải, điện áp đầu nguồn của các xuất tuyến phân phối thường giữ cố định. Ngoài
các trạm 110kV và 220kV còn có 10 trạm trung gian 35/6kV hoặc 35/10kV cấp
điện cho các phụ tải hỗn hợp và một số trạm trung gian chuyên dùng cấp cho
các nhà máy, xí nghiệp công nghiệp (xem H 1.2 - Sơ đồ lưới điện trung áp).
Các trạm trung gian đều không có hệ thống điều áp dưới tải, điện áp thanh cái
đầu ra của các trạm trung gian phụ thuộc phụ tải và điện áp đầu nguồn cấp từ
các trạm 110kV. Phụ tải của các trạm 110kV rất đa dạng, do các đường dây cấp
cho các khu vực có tính chất khác nhau như phụ tải sinh hoạt, phụ tải sản xuất
ban ngày, phụ tải sản xuất 3 ca nên biểu đồ phụ tải của các đường dây rất khác
nhau. Hơn nữa, do quy định tính giá điện vào các giờ cao điểm ngày, cao điểm
đêm và thấp điểm chênh lệch nhau lớn nên các xí nghiệp, nhà máy sử dụng
công suất lớn thường sản xuất vào giờ thấp điểm để giảm giá thành, vì vậy giá
trị P
max
và P

min
của các đường dây chênh lệch lớn song đồ thị phụ tải toàn trạm
khu vực hoặc toàn tỉnh tương đối bằng phẳng.
Do nhu cầu sản xuất phát triển nên lưới điện tỉnh Thái Nguyên có mức
tăng trưởng khá lớn, bình quân trong 5 năm gần đây là 21% mỗi năm. Với mức
độ tăng trưởng như vậy và căn cứ nhu cầu sử dụng điện của các dự án đang và
sẽ triển khai, từ nay đến năm 2010 sẽ phải xây dựng thêm 03 trạm biến áp
110kV so với 7 trạm hiện có và tăng thêm công suất của nhà máy điện Thái
Nguyên để đáp ứng yêu cầu của phụ tải. Để đáp ứng yêu cầu ngày càng cao về
chất lượng điện năng và độ tin cậy cung cấp điện, ngành điện đang tiến hành
hiện đại hoá các trạm khu vực ở cấp điện áp 110, 220kV bằng cách thay thế các
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
5
thiết bị cũ bằng những thiết bị có công nghệ tiên tiến như máy cắt khí SF6, máy
cắt chân không và các rơ le bảo vệ kỹ thuật số. Điện áp trung thế cũng có sự
thay đổi vê cấp điện áp, sẽ chú trọng phát triển lưới điện trung áp ở cấp điện áp
35kV và 22kV hạn chế xây dựng các đường dây 6kV hoặc 10kV. Cấp điện áp
6kV và 10kV sẽ chỉ dùng để cấp điện cho các phụ tải cao áp như động cơ cao
áp, lò điện hồ quang hoặc các nhà máy công nghiệp nặng.

1.2-Các thông số vận hành của lưới điện thành phố Thái Nguyên
Bảng 1.1 Thông số phụ tải tỉnh Thái Nguyên 6 tháng đầu năm 2007:
Tổng điện năng tiêu thụ 495.115.034 kWh
Điện năng tiêu thụ ngày cao nhất 3.452.630 kWh
Điện năng tiêu thụ trung bình ngày 2.728.382 kWh
Điện năng tiêu thụ ngày thấp nhất 2.257.530 kWh
Pmax 190 MW
Pmin 115 MW

Tổng công suất tiêu thụ trong toàn tỉnh thay đổi theo mùa và theo các
ngày trong tuần do ảnh hưởng của thời tiết và sản xuất. Vào các ngày thứ bảy
và chủ nhật, công suất tiêu thụ giảm do các nhà máy, xí nghiệp, công sở giảm
công suất. Các ngày làm việc công suất tiêu thụ tăng do ảnh hưởng của sản xuất
công nghiệp. Cũng do ảnh hưởng của sản xuất công nghiệp nên cao điểm ngày
vào khoảng 10h00 tăng mạnh và lớn hơn cao điểm tối. Do có nhiều cơ sở sản
xuất làm 3 ca nên biểu đồ phụ tải ngày toàn tỉnh tương đối bằng phẳng.

Những nhận xét trên được rút ra từ các số liệu thu thập tại trạm 220kV
Thái Nguyên (xem H 1.3 - Sơ đồ trạm 220kV Thái Nguyên), trên các đường
dây xuất tuyến của trạm và tại các trạm trung gian 35/6kV, trạm hạ áp
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
6
35/0,4kV và 6/0,4kV trên một số đường dây của trạm 220kV Quan Triều.
Thông số đo đạc tại trạm 220kV Quan Triều được thể hiện ở các trang sau.

Sơ đồ lưới 110kV











LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
7













Sơ đồ trạm Quan Triều

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
8













Sơ đồ đz 381

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
9












Sơ đồ TG Chùa Hang

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
10
Bảng 1.2 Phụ tải trung bình tỉnh Thái Nguyên tháng 6/2007

Giờ Ptb CN và thứ 7 Ptb thứ 2,3,4 Ptb thứ 5,6
1 112.7 114.9 117.4
2 117.6 124.3 148.0
3 114.3 116.7 138.5
4 100.5 129.6 143.0
5 108.9 128.0 118.9
6 117.1 130.4 150.9
7 113.5 151.2 142.3
8 115.0 142.0 136.0
9 115.9 132.7 159.6
10 141.3 157.2 171.5
11 137.3 160.7 162.0

12 110.9 147.7 138.7
13 109.5 143.4 152.3
14 123.1 135.3 143.2
15 113.3 145.8 145.8
16 122.3 148.7 150.6
17 132.2 156.0 159.5
18 161.1 180.8 194.7
19 135.8 177.0 164.0
20 136.9 161.1 143.4
21 121.3 127.0 119.6
22 130.4 121.2 114.9
23 118.4 132.9 149.1
24 126.7 124.0 162.0







LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
11
Đồ thị phụ tải trung bình tỉnh Thái nguyên tháng 6/2007
0
50
100
150
200

250
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
MW
Ptb CN và thứ 7
Ptb thứ 2,3,4
Ptb thứ 5,6


















LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
12
Bảng 1. 3 THÔNG SỐ PHỤ TẢI TRUNG BÌNH CÁC ĐƯỜNG DÂY CỦA
TRẠM 220(110)kV QUAN TRIỀU TRONG THÁNG 6/2007

giờ
U35 kV Quan
Triều
Tổng P 35kV
Quan Triều (MW)
I 381 (A) I 372 (A) I 373 (A)
1 38.00 42.79 140.64 370.56 20.11
2 38.00 42.25 140.75 370.56 20.67
3 38.00 41.32 140.75 370.89 20.00
4 38.00 38.32 130.75 290.44 20.67
5 38.00 45.18 170.75 280.22 20.56
6 38.00 45.86 170.89 280.56 20.67
7 38.00 45.93 170.93 280.22 20.56
8 37.64 42.79 160.04 280.11 20.56
9 37.59 55.68 210.61 300.11 20.00
10 37.61 49.57 210.21 330.67 20.22
11 37.45 56.82 190.79 310.56 20.44
12 37.88 48.79 190.46 280.00 20.67
13 37.91 49.18 190.71 320.56 20.22
14 37.93 44.54 210.07 410.78 20.11
15 37.96 50.29 200.11 290.00 30.56
16 37.96 51.07 200.21 240.67 40.56
17 37.93 56.54 200.50 280.00 40.11
18 37.75 66.46 220.86 250.89 40.67
19 37.71 54.75 200.57 290.56 50.67
20 37.79 52.11 160.04 270.22 50.67
21 38.00 41.54 120.32 200.78 30.44
22 38.00 38.21 140.29 200.11 20.44
23 38.00 38.54 140.04 200.11 20.89
24 38.00 36.29 120.96 220.22 10.22

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
13
Th«ng sè trung b×nh c¸c DZ ®o t¹i tr¹m 220(110)KV Quan triÒu th¸ng7/2007
0
10
20
30
40
50
60
70
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
-
50.00
100.00
150.00
200.00
250.00
300.00
350.00
400.00
450.00
Giờ

U35KV Quán triều
Tổng P 35KV Quán triều
I 381(A)
I 372(A)
I 373(A)


Bảng 1.4 THÔNG SỐ PHỤ TẢI TRUNG BÌNH CÁC ĐƯỜNG DÂY CỦA
TRẠM TRUNG GIAN CHÙA HANG TRONG THÁNG 6/2007
U6kV (kV) I 631 (A) I675 (A) I 673 (A) I 677(A)
6.50 115.23 63.00 5.54 45.93
6.50 115.12 63.50 5.54 45.64
6.50 115.08 63.86 5.00 45.68
6.50 115.14 63.25 5.36 45.25
6.30 115.11 150.71 5.64 45.57
6.30 260.46 150.75 20.86 90.96
6.30 260.86 150.36 20.57 90.71
6.30 260.82 150.07 20.68 90.43
6.30 260.50 150.64 20.14 90.75
6.30 260.75 150.32 20.96 90.68
6.30 260.18 150.11 20.75 90.39
6.30 260.86 150.93 20.71 90.18
6.30 260.39 150.04 20.68 90.21
6.30 260.32 150.00 20.61 90.68
6.30 260.61 150.96 20.54 90.11
6.30 260.89 150.86 20.54 90.57
6.30 260.39 150.39 20.29 90.57
6.30 345.07 210.07 25.36 110.75
6.30 345.93 210.93 25.00 110.21
6.30 345.46 210.68 25.79 110.89

6.40 345.36 210.43 25.71 110.68
6.50 345.71 210.43 25.71 110.00
6.50 130.93 70.25 5.68 55.93
6.50 130.18 70.46 5.00 55.61


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
14
1.3-Đánh giá tình hình vận hành của lưới điện Thái Nguyên
Qua các thông số đo đạc ở trên và ở phần phụ lục ta có nhận xét sau:
-Độ chênh lệch giữa P
max
và P
min
trên các đường dây khá lớn. Tỷ số P
min
/P
max
của các đường dây dao động từ 15% 25%
-Chế độ max của các đường dây có tính chất công nghiệp thường trùng với chế
độ min của các đường dây có tính chất sinh hoạt, công sở.
-Đồ thị phụ tải đầu nguồn các trạm 220(110)kV tương đối bằng phẳng.
-Công suất sử dụng cũng như điện năng tiêu thụ vào các ngày nghỉ như thứ 7
và chủ nhật có giảm so với các ngày làm việc từ thứ 2 đến thứ sáu nhưng không
đáng kể.
-Tổn thất điện áp trên đường dây 35kV khá nhỏ.
-Chất lượng điện áp tại các điểm cuối đường dây 6kV vào thời điểm max
không đạt yêu cầu thể hiện ở đường dây 675 trạm trung gian Chùa Hang, tổn

thất điện áp trên lộ 675 Chùa Hang quá lớn.
Các kết quả đo đạc thực tế trên một số đường dây cũng phù hợp với các
số liệu thống kê thông số vận hành của toàn bộ lưới điện khu vực Thái Nguyên.
Ta nhận thấy chất lượng điện năng không đồng đều ở các khu vực khác nhau.
Các khu công nghiệp nặng như Gang thép, khu công nghiệp Sông Công,
Gò Đầm hầu hết đạt yêu cầu về độ lệch điện áp nhưng có hiện tượng dao động
điện áp, sóng hài trên một số đường dây hoặc trạm.
Các khu vực phụ tải sinh hoạt đô thị, công sở như thành phố Thái
Nguyên, trung tâm các thị xã, thị trấn chất lượng điện năng đạt yêu cầu.
Khu vực nông thôn, miền núi, phụ tải chủ yếu là sinh hoạt, chất lượng
điện năng không đạt yêu cầu, biểu hiện ở độ lệch điện áp thường vượt ra ngoài
tiêu chuẩn.
Các khu vực sản xuất công nghiệp nặng do vận hành lò hồ quang, lò
trung tần, khởi động những động cơ công suất lớn sinh ra dao động điện áp,
sóng hài, độ không sin và biến đổi tần số ở một số đường dây và trạm biến áp.
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
15
Đường dây cấp điện cho các phụ tải này thường ngắn, có sơ đồ hình tia và xuất
phát trực tiếp từ các trạm 110kV có điều áp nên độ lệch điện áp đạt yêu cầu.
Nhưng cũng do trở kháng đường dây nhỏ, dung lượng máy biến áp không lớn
nên dao động điện áp trên các đường dây có phụ tải đặc biệt dễ gây ảnh hưởng
đến điện áp của các phụ tải nối chung thanh cái thứ cấp trạm 110kV.
Khu vực thành phố Thái Nguyên và trung tâm các thị xã, thị trấn, chất
lượng điện năng đạt yêu cầu ở hầu hết các trạm phân phối do đường dây ngắn,
phụ tải ít chênh lệch giữa cao điểm và thấp điểm. Các đường dây cấp cho các
phụ tải này thường xuất phát trực tiếp từ các trạm 220(110kV). Tuy nhiên trên
một số đường dây hạ áp có hiện tượng dao động điện áp do những phụ tải của
các xưởng sản xuất nhỏ gây nên khi sử dụng máy hàn hoặc khởi động động cơ.

Những đường dây dài, cấp điện cho các phụ tải hỗn hợp gồm những xí
nghiệp sản xuất một ca, sinh hoạt, công sở và các đường dây cấp điện cho các
khu vực nông thôn, miền núi độ lệch điện áp không đạt yêu cầu. Nguyên nhân
do điện áp đầu nguồn các trạm 220(110)kV thường duy trì ở một giá trị cố định
nhưng giữa phụ tải chế độ max và phụ tải chế độ min có độ chênh lệch lớn.
Đầu phân áp ở các trạm phân phối thường được đặt theo kinh nghiệm nên
thường chỉ đạt độ lệch điện áp theo yêu cầu với mức tải trung bình nhưng
không đáp ứng được chỉ tiêu độ lệch điện áp trong chế độ max hoặc min. Điều
này cũng xảy ra cả với những trạm biến áp cấp điện cho phụ tải đô thị và công
nghiệp.
Ở các đường dây có sử dụng máy biến áp trung gian không có điều áp
dưới tải (33/10kV hoặc 35/6kV) thì độ lệch điện áp hầu hết không đạt yêu cầu.
Với những đoạn đường dây vận hành ở cấp điện áp 35kV thì tổn thất điện áp
trên đường dây không lớn, độ lệch điện áp không đảm bảo chủ yếu do giá trị
điện áp đầu nguồn các trạm có điều áp dưới tải 220(110)kV không phù hợp ở
các chế độ max, min, nhưng với cấp điện áp 6kV và 10kV tổn thất điện áp trên
đường dây có giá trị đáng kể, đặc biệt với với những đường dây dài. Hơn nữa,
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
16
máy biến áp trung gian tạo thành một trở kháng tương đương khá lớn nối tiếp
trên đường dây làm tăng tổng trở tương đương của đường dây dẫn từ trạm khu
vực có điều áp (220kV hoặc 110kV) đến phụ tải 0.4kV, vì vậy làm trầm trọng
hơn độ chênh lệch điện áp tương đối giữa chế độ max và min.
Để đảm bảo chất lượng điện năng cần phải nghiên cứu chi tiết rất nhiều
vấn đề. Trong các tiêu chuẩn về chất lượng điện năng thì độ lệch điện áp ảnh
hưởng rất lớn đến các chỉ tiêu kinh tế của lưới điện. Với cấu trúc phức tạp của
lưới điện phân phối và những diễn biến đa dạng của độ lệch điện áp cần phải có
sự nghiên cứu kỹ lưỡng trước khi tiến hành những hiệu chỉnh cần thiết để nâng

cao chỉ tiêu chất lượng, tiết kiệm kinh phí đầu tư. Đáp ứng những đòi hỏi xuất
phát từ thực tế vận hành lưới điện phân phối, luận văn này sẽ nghiên cứu các
phương pháp đánh giá chất lượng điện năng của lưới điện, xây dựng chương
trình tính toán trên máy tính, áp dụng nghiên cứu chất lượng điện áp ở lưới
phân phối có nhiều cấp điện áp [110kV 35kV 6(10)kV 0.4kV] và đề
xuất các biện pháp cải tạo để nâng cao chất lượng điện áp.













LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
17
CHƢƠNG 2
LÝ THUYẾT CHUNG VỀ CHẤT LƢỢNG ĐIỆN NĂNG VÀ ĐIỀU
CHỈNH CHẤT LƢỢNG ĐIỆN NĂNG
2.1 Chất lượng điện năng
Lưới điện được đánh giá theo 4 tiêu chuẩn chính:
1-An toàn điện.
2-Chất lượng điện năng.

3-Độ tin cậy cung cấp điện.
4-Hiệu quả kinh tế.
Chất lượng điện áp là một chỉ tiêu trong tiêu chuẩn chất lượng điện năng,
nó được đánh giá bởi các chỉ tiêu sau:
1-Độ lệch điện áp trên cực của thiết bị dùng điện so với điện áp định mức.
2-Độ dao động điện áp.
3-Độ không đối xứng.
4-Độ không sin (sự biến dạng của đường cong điện áp, các thành phần sóng hài
bậc cao ...)
Chất lượng cung cấp điện bị ảnh hưởng đáng kể bởi chất lượng điện áp
cung cấp cho khách hàng, nó bị tác động bởi các thông số trên các đường dây
khác nhau. Có thể có các dạng như: sự biến đổi dài hạn của điện áp so với điện
áp định mức, điện áp thay đổi đột ngột, những xung dốc dao động hoặc điện áp
ba pha không cân bằng. Hơn nữa tính không đồng đều như tần số thay đổi, sự
không tuyến tính của hệ thống hoặc trở kháng phụ tải sẽ làm méo dạng sóng
điện áp, các xung nhọn do các thu lôi sinh ra cũng có thể được lan truyền trong
hệ thống cung cấp. Các trường hợp này được mô tả trong hình vẽ H 2.1 sau
đây:



LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
18



H 2.1: Dạng sóng điện áp lý tưởng và các thay đổi của điện áp
a Dạng sóng điện áp lý tưởng.

b Các dạng thay đổi của sóng điện áp.
Các xung nhọn, xung tuần hoàn và nhiễu tần số cao có tính chất khu vực.
Nó được sinh ra một số do quá trình phóng điện của các thu lôi, do tác động
đóng cắt của các van điện tử công suất, do hồ quang của các điện cực vì vậy chỉ
có thể lan truyền trong phạm vi và thời điểm nhất định. Cũng như vậy sự biến
đổi tần số thường do các lò trung, cao tần sinh ra và mức độ lan truyền cũng
không lớn. Đối với hiện tượng điện áp thấp và điện áp cao thì có thể xảy ra ở
mọi nơi và xuất hiện dài hạn.
Để ngăn ngừa các hiệu ứng có hại cho thiết bị của hệ thống cung cấp
trong một mức độ nhất định, luật và các quy định khác nhau đã tồn tại trong các
vùng khác nhau để chắc rằng mức độ của điện áp cung cấp không được ra
ngoài dung sai đã quy định. Các đặc tính của điện áp cung cấp được chỉ rõ
trong các tiêu chuẩn chất lượng điện áp thường được mô tả bởi tần số, độ lớn,
dạng sóng và tính đối xứng của điện áp 3 pha. Trên thế giới có sự dao động
tương đối rộng trong việc chấp nhận các dung sai có liên quan đến điện áp. Các
tiêu chuẩn luôn luôn được phát triển hợp lý để đáp lại sự phát triển của kỹ
thuật, kinh tế và chính trị.
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
19
Bởi vì một vài tình tiết ảnh hưởng đến điện áp cung cấp là ngẫu nhiên
trong thời gian và không gian (vị trí) nên một vài đặc trưng có thể được mô tả
trong các tiêu chuẩn với các tham số tĩnh để thay thế cho các giới hạn đặc biệt.
Một khía cạnh quan trọng trong việc áp dụng các tiêu chuẩn là để xem xét ở nơi
nào và ở đâu trong mạng cung cấp, các đặc tính của điện áp là định mức. Tiêu
chuẩn châu Âu EN50160 chỉ rõ các đặc điểm của điện áp ở các đầu cuối cung
cấp cho khách hàng dưới các điều kiện vận hành bình thường. Các đầu cuối
cung cấp được định nghĩa là điểm kết nối của khách hàng nối vào hệ thống
cộng cộng.

EN50160 chỉ ra rằng, trong các thành viên của Eropean Communities -
Cộng đồng Châu Âu, dải biến đổi giá trị hiệu dụng (RMS) của điện áp cung cấp
trong 10 phút (điện áp pha hoặc điện áp dây) là V
n
± 10% với 95% thời gian
trong tuần. Với hệ thống 3 pha 4 dây, V
n
= 230 V giữa pha và trung tính. Nói
đúng ra, điều này có nghĩa là mỗi tuần có hơn 8 giờ không có giới hạn cho giá
trị của điện áp cung cấp. Cũng có một số chỉ trích rằng dung sai điện áp V
n
±
10% là quá rộng. Đến năm 2006, điện áp danh định và dung sai có thể sẽ khác,
các giá trị đã bắt đầu cao hơn phù hợp hơn với HD472S1. Trong thời gian
chuyển tiếp, các vùng có hệ thống 220/380V có thể sẽ đưa ra điện áp 230/400
V +6%/-10%, các vùng khác có hệ thống 240/415V sẽ đưa ra điện áp 230/400
V +10%/-6%.
Tần số của hệ thống cung cấp phụ thuộc sự tương tác giữa các máy phát
và phụ tải, giữa dung lượng các máy phát và nhu cầu của phụ tải. Điều này có
nghĩa là sẽ khó khăn hơn cho các hệ thống nhỏ, cô lập, để duy trì chính xác tần
số so với các các hệ thống nối liền đồng bộ với một hệ thống lân cận. Trong
Eropean Communities - Cộng đồng Châu Âu tần số danh định (định mức) của
điện áp cung cấp được quy định là 50Hz. Theo EN50160 giá trị trung bình của
tần số cơ bản đo được trong thời gian hơn 10s với hệ thống phân phối nối liền
đồng bộ với một hệ thống lân cận là 50Hz±1% trong suốt 95% thời gian trong
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
20
tuần và 50Hz+4% /-6% trong 100% thời gian trong tuần. Hệ thống phân phối

không nối liền đồng bộ với một hệ thống lân cận có dải dung sai tần số là ±2%.
Dung sai tần số của EN50160 cũng giống với quy định hiện thời của các nước
thành viên.
Trong một series nghiên cứu về sự mức độ thay đổi điện áp ở khách
hàng, một công ty điện lực Anh đã ghi lại các giá trị điện áp cực đại và cực tiểu
của một số khách hàng mỗi giờ một lần. Từ các thông tin giá trị trung bình của
điện áp cực đại và cực tiểu trên khách hàng vẽ được đồ thị như hình H 2.2:


H 2.2: Sự thay đổi của điện áp trên phụ tải trong ngày
Từ đồ thị biểu diễn trên ta nhận thấy sự phụ thuộc của giá trị điện áp vào
các thời điểm trong ngày, hay nói khác hơn là phụ thuộc vào quy luật hoạt động
của phụ tải.
Tại Việt Nam, chất lượng điện năng được quy định trong Luật Điện lực,
Quy phạm Trang bị điện và Tiêu chuẩn kỹ thuật điện (TCKTĐ) như sau:
1-Về điện áp:
Trong điều kiện vận hành bình thường, điện áp được phép dao động
trong khoảng 5% so với điện áp danh định và được xác định tại phía thứ cấp
của máy biến áp cấp điện cho bên mua hoặc tại vị trí khác do hai bên thỏa
thuận trong hợp đồng khi bên mua đạt hệ số công suất (cos ) 0,85 và thực
hiện đúng biểu đồ phụ tải đã thỏa thuận trong hợp đồng.
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
21
Trong trường hợp lưới điện chưa ổn định, điện áp được dao động từ +5%
đến -10%.
2-Về tần số: trong điều kiện bình thường, tần số hệ thống điện được dao
động trong phạm vi 0,2Hz so với tần số định mức là 50Hz. Trường hợp hệ
thống chưa ổn định, cho phép độ lệch tần số là 0,5Hz.

3-Trong trường hợp bên mua cần chất lượng điện năng cao hơn tiêu
chuẩn quy định tại các khoản 1 và 2, điều này, các bên phải thỏa thuận trong
hợp đồng.
Với các quy định trên ta nhận thấy tiêu chuẩn chất lượng điện năng của
nước ta khá cao so với tiêu chuẩn của cộng đồng châu Âu.
Lưới điện khu vực Thái Nguyên có tất cả những biến động của điện áp
như đã mô tả ở trên. Điện áp thấp thường thấy ở các khu vực cuối các đường
dây dài cấp điện cho các khu vực nông thôn, vùng núi. Điện áp cao xuất hiện
tại các phụ tải gần đầu nguồn do điều áp dưới tải không phù hợp, do đặt đầu
phân áp chưa hợp lý, hoặc do vận hành quá bù ở các trạm phân phối gần đâu
nguồn. Dao động điện áp, xung điện áp, sóng hài, thường xuất hiện tại các khu
vực công nghiệp Gò Đâm, Sông Công, Gang Thép do quá tải các máy biến áp
phân phối, do vận hành các lò hồ quang điện, lò trung tần để sản xuất thép.

2.2 Độ lệch điện áp
2.2.1 Độ lệch điện áp tại phụ tải
Điện áp thực tế trên cực của các thiết bị điện so với điện áp định mức.

V%100
dm
U
dm
UU
δU

U là điện áp thực tế trên cực thiết bị điện. Độ lệch điện áp phải thoả mãn điều
kiện:
UU
-
δU

U ,δU
-
là giới hạn trên và giới hạn dưới của độ lệch điện áp.
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
22
Tiêu chuẩn về độ lệch điện áp của các nước khác nhau là khác nhau. Luật Điện
lực, Quy phạm Trang bị điện và Tiêu chuẩn kỹ thuật điện quy định điện áp
(thường được xác định tại điểm đo đếm) dao động ±5% so với điện áp định
mức trong chế độ vận hành bình thường và +5%, -10% so với điện áp định mức
với lưới chưa ổn định.
Vậy độ lệch điện áp trong chế độ vận hành bình thường là:
%5δU
-

%5δU

2.2.2 Độ lệch điện áp trong lưới hạ áp
Lưới phân phối hạ áp cấp điện cho hầu hết thiết bị điện. Trong lưới phân
phối hạ áp chỗ nào cũng có thể đấu nối thết bị sử dụng điện, vì vậy trong toàn
bộ lưới phân phối hạ áp và trong mọi thời gian, điện áp phải thoả mãn tiêu
chuẩn:

UUδU
xt-

với x - địa điểm; t- thời gian.
Song ta thấy rằng có hai vị trí và hai thời điểm mà ở đó chất lượng điện

áp đáp ứng yêu cầu thì tất cả các vị trí còn lại và trong mọi thời gian sẽ đảm
bảo đạt yêu cầu về độ lệch điện áp. Đó là điểm đầu lưới (điểm B) và điểm cuối
lưới (điểm A) trong hai chế độ max và min của phụ tải.
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
23

Phối hợp các điều kiện trên ta lập thành 4 tiêu chuẩn, trong đó quy ước
số 1 chỉ chế độ max, số 2 chỉ chế độ min:
UU
A1
-
δU


UU
A2
-
δU


UU
B1
-
δU


UU
B2

-
δU
(1)
Từ đồ thị trên ta nhận thấy độ lệch điện áp phải luôn nằm trong vùng
gạch chéo trên H 2.3 gọi là miền chất lượng.
Nếu sử dụng tiêu chuẩn (1) thì phải đo đạc điện áp tại 2 điểm A và B
trong cả 2 chế độ max và min.
Giả thiết rằng tổn thất điện áp trên lưới hạ thế được cho trước, ta chỉ
đánh giá tổn thất điện áp trên lưới trung áp. Vì vậy ta có thể quy đổi về đánh
giá CLĐA chỉ ở điểm B là điểm đầu của LPP hạ áp và cũng là điện áp trên
thanh cái 0,4kV của trạm phân phối.
Ta biết rằng:

111 HBA
UUU

Miền CLĐA
Trạm phân phối Lƣới hạ áp
A B
U
B
U
A
U
+
U-

U
H
Miền CLĐA

U
+
U
-
P
min
P
max
P

U
U
H2
U
H1
1
3
2
H 2.3 H 2.4
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
24

222 HBA
UUU
(2)
Với
H
U

là tổn thất trên lưới hạ áp.
Thay vào (1):

UUUU
HB 11


UUUU
HB 22


UUU
B1


UUU
B2

Chuyển
1H
U
và
2H
U
sang hai vế:

111 HBH
UUUHU

222 HBH

UUUHU


UUU
B2


Ta nhận thấy nếu 2 bất phương trình trên thoả mãn vế trái thì 2 bất
phương trình sau cũng thoả mãn, còn nếu 2 bất phương trình sau thoả mãn vế
phải thì 2 phương trình trên cũng thoả mãn, do đó tiêu chuẩn CLĐA chỉ còn là:
UUHU
BH 11


UUHU
BH 22
(3)
Trên H 2.2 là đồ thị biểu diễn tiêu chuẩn (3), chế độ max ứng với công
suất P
max
còn chế độ min ứng với công suất P
min
của phụ tải.
Tiêu chuẩn này được áp dụng như sau: Cho biết
H
H
ví dụ 5% theo tiêu
chuẩn tổn thất điện áp trên lưới hạ áp. Biết P
max
, P

min
ta sẽ tính được
2H
H
=
(P
min
/P
max
)/
1H
H
, sau đó lập đồ thị đánh giá chất lượng điện áp như trên H 2.4
Sau đó đo điện áp trên thanh cái trạm phân phối trong ché độ max và min, tính
U
B1
và U
B2
. Đặt 2 điểm này vào đồ thị rồi nối chúng bằng một đường thẳng, đó
là đường điện áp thực tế. Nếu đường này nằm gọn trong miền CLĐA thì CLĐA
của lưới phân phối đạt yêu cầu (đường 1) nếu có phần nằm ngoài như đường 2
và 3 thì CLĐA không đạt yêu cầu. Tuỳ theo vị trí của đường điện áp mà ta có
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
25
thể rút ra cách thức cải thiện điện áp. Ví dụ với đường 2 điện áp không đạt yêu
cầu song ta có thể cải thiện bằng cách thay đổi đầu phân áp cố định của máy
biến áp phân phối, cụ thể là dùng nấc điện áp ra cao hơn, đường điện áp sẽ tịnh
tiến lên trên và đi vào miền CLĐA. Trong trường hợp của đường 3 thì không

thể thay đổi đầu phân áp cố định để cải thiện CLĐA được vì nếu đạt trong chế
độ max thì chế độ min sẽ quá áp, nếu đạt trong chế độ min thì chế độ max điện
áp sẽ thấp. Trong trường hợp này ta chỉ có thể dùng biện pháp xoay ngang
đường điện áp bằng các biện pháp như điều áp dưới tải ở các trạm biến áp,
dùng tụ có điều chỉnh, hoặc tăng tiết diện dây dẫn để giảm tổn thất điện áp.

2.2.3-Diễn biến của điện áp trong lưới điện
Xét lưới điện phân phối như trên H 2.5

MBA nguån
E UTA
§D trung ¸p
Luíi h¹ ¸p
EP UB UB
MBA PP
B
UH
A
UA
UTA1
U
TA2
U
B1
UB2
U
H1
U
H2
U+

U-
E1
E2
0
1
2
Ep1
Ep2


H 2.5: Diễn biến điện áp dọc theo lưới điện

Ở chế độ max, nhờ bộ điều áp dưới tải ở các trạm 110kV nên điện áp đầu
nguồn đạt độ lệch E
1
so với điện áp định mức. Khi truyền tải trên đường dây