Tổng quan về lưới phân phối
Khái niệm chung về lưới phân phối
Lưới phân phối là phần quan trọng trong hệ thống điện, có chức năng phân phối điện năng từ các trạm trung gian đến các phụ tải Lưới phân phối thường được hiểu là lưới điện trung áp với điện áp từ 6 - 35kV Đề tài này sẽ nghiên cứu cả lưới phân phối trung áp và hạ áp, tập trung vào các tính chất và đặc điểm riêng biệt của chúng.
Lưới phân phối điện gồm 2 thành phần:
- Lưới phân phối trung áp có điện áp trung bình từ 6-22-35 kV, đưa điện năng từ trạm trung gian hoặc trạm khu vực tới trạm phân phối hạ áp.
- Lưới phân phối hạ áp có điện áp thấp (380/220V hay 220/110V) đưa điện năng tới hộ dùng điện.
Lưới phân phối trung áp có tầm quan trọng đặc biệt đối với hệ thống điện: Trực tiếp đảm bảo chất lượng điện áp cho phụ tải.
Giữ vai trò rất quan trọng trong đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cho phụ tải
Khoảng 98% điện năng bị mất do sự cố và ngừng điện theo kế hoạch trên lưới phân phối Những sự cố xảy ra trên lưới phân phối trung áp có tác động lớn đến đời sống của người dân cũng như các hoạt động kinh tế và xã hội.
Sử dụng tỷ lệ vốn rất lớn: khoảng 50% vốn cho hệ thống điện (35% cho nguồn điện, 15% cho lưới hệ thống và lưới truyền tải).
Tỷ lệ tổn thất điện năng trên lưới phân phối rất cao, lên đến khoảng 40-50% Hơn nữa, tổn thất kinh doanh cũng chỉ diễn ra trên hệ thống lưới phân phối này.
Lưới phân phối gần với người dùng điện, do đó vấn đề an toàn điện cũng rất là quan trọng.
*Phân loại lưới phân phối trung áp theo 3 dạng:
- Theo đối tượng và địa bàn phục vụ: có 3 loại
+ Lưới phân phối thành phố
+ Lưới phân phối nông thôn
+ Lưới phân phối xí nghiệp
-Theo thiết bị dẫn điện:
+ Lưới phân phối trên không
+ Lưới phân phối cáp ngầm
Theo cấu trúc hình dáng:
+ Lưới phân phối hở (hình tia) có phân đoạn và không phân đoạn.
+ Lưới phân phối kín vận hành hở (LPP K/H).
+ Hệ thống phân phối điện.
Lưới phân phối trung áp ngày càng được chú trọng trong quy hoạch và vận hành nhờ vào những lý do quan trọng Các tiến bộ khoa học được áp dụng để cải thiện việc điều khiển lưới phân phối này, đồng thời tỷ lệ lớn các nghiên cứu khoa học liên quan cũng cho thấy sự quan tâm đáng kể Để xây dựng cấu trúc lưới phân phối hiệu quả, các chỉ tiêu đánh giá chất lượng lưới phân phối đã được đề xuất, phục vụ cho cả quy hoạch và vận hành.
*Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng lưới phân phối:
- Sự phục vụ đối với khách hàng.
+ Độ tin cậy cung cấp điện.
- Độ an toàn (an toàn cho người, cho thiết bị phân phối).
-Ảnh hưởng đến môi trường (cảnh quan, môi sinh, ảnh hưởng đến các đường dây điện thoại…).
-Hiệu quả kinh tế đối với các doanh nghiệp điện (giá thành tải điện nhỏ nhất).
Phần tử lưới phân phối
Các phần tử lưới phân phối bao gồm:
-Máy biến áp trung gian, máy biến áp phân phối.
-Thiết bị dẫn điện: đường dây điện gồm dây dẫn và phụ kiện.
Thiết bị đóng cắt và bảo vệ bao gồm máy cắt, dao cách ly, cầu chì, hệ thống bảo vệ rơle, aptômát, và các thiết bị bảo vệ chống quá điện áp cũng như giảm dòng ngắn mạch Những thiết bị này đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn cho hệ thống điện, ngăn ngừa sự cố và bảo vệ thiết bị khỏi những tác động tiêu cực.
Thiết bị điều chỉnh điện áp bao gồm các thiết bị điều áp dưới tải trong trạm trung gian, thiết bị thay đổi đầu phân áp ngoài tải ở máy biến áp phân phối, cùng với các tụ bù ngang và dọc Ngoài ra, còn có thiết bị đối xứng hoá và thiết bị lọc sóng hài bậc cao, đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì ổn định điện áp và cải thiện chất lượng điện năng.
-Thiết bị đo lường: Công tơ đo điện năng tác dụng, điện năng phản kháng, đồng hồ đo điệnáp và dòng điện…, thiết bị truyền thông tin đo lường.
-Thiết bị giảm tổn thất điện năng: Tụ bù.
Các thiết bị nâng cao độ tin cậy bao gồm thiết bị tự đóng lại, thiết bị tự đóng nguồn dự trữ, máy cắt hoặc dao cách ly phân đoạn, khớp nối dễ tháo trên đường dây và kháng điện hạn chế ngắn mạch Những thiết bị này đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn và hiệu suất hoạt động của hệ thống điện.
-Thiết bị điều khiển xa hoặc tự động: Máy tính điện tử, thiết bị đo xa.
Mỗi phần tử đều có các thông số đặc trưng như công suất, điện áp định mức, tiết diện dây dẫn, điện trở, điện kháng, điện dung, dòng điện cho phép, tần số định mức, khả năng đóng cắt và kích thước, được lựa chọn dựa trên các tính toán kỹ thuật chính xác.
Các phần tử như máy biến áp, dây dẫn, thiết bị đóng cắt, máy biến dòng và tụ bù có dòng công suất đi qua sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến các thông số chế độ như điện áp, dòng điện và công suất Do đó, những thông số này cần được xem xét kỹ lưỡng để tính toán chế độ làm việc hiệu quả của lưới phân phối.
Các phần tử thường có hai trạng thái chính: hoạt động và không hoạt động Tuy nhiên, một số ít phần tử như hệ thống điều áp và tụ bù có điều khiển lại có nhiều trạng thái, mỗi trạng thái này tương ứng với khả năng làm việc khác nhau.
Trong quá trình mang điện, một số thiết bị như máy cắt, aptomat và các thiết bị điều chỉnh dưới tải có thể thay đổi trạng thái Ngược lại, một số thiết bị như dao cách ly và đầu phân áp cố định chỉ có thể thay đổi trạng thái khi không còn điện Máy biến áp và đường dây điện cũng nằm trong danh sách các thiết bị quan trọng liên quan đến việc thay đổi trạng thái dưới các điều kiện khác nhau.
Các máy cắt có khả năng thay đổi trạng thái dưới tải giúp cho 7 dây điện hoạt động hiệu quả Sử dụng các thiết bị phân đoạn, đường dây điện được chia thành nhiều phần tử lưới, tăng cường tính linh hoạt và độ tin cậy trong hệ thống điện.
Trong lưới phân phối, không phải tất cả các phần tử đều hoạt động liên tục; một số có thể tạm ngừng do sự cố hoặc các lý do kỹ thuật, kinh tế Chẳng hạn, tụ bù có thể được ngắt kết nối khi tải thấp để duy trì điện áp ổn định, và một số phần tử khác có thể không hoạt động để lưới phân phối hoạt động hiệu quả trong điều kiện tổn thất công suất tối thiểu.
Khái niệm về cấu trúc lưới phân phối
+ Các phần tử tạo thành lưới phân phối.
+ Sơ đồ lưới phân phối.
- Sơ đồ trạm: là sự ghép nối các phần tử với nhau của các trạm biến áp và trạm phân phối.
- Sơ đồ lưới phân phối: là các đường dây nối các trạm biến áp phân phối với nguồn và từ các trạm phân phối với các hộ dùng điện.
Sơ đồ nối điện, hay còn gọi là hình dáng của lưới phân phối, đóng vai trò quan trọng trong việc xác định các tiêu chuẩn chất lượng của lưới phân phối Việc lựa chọn sơ đồ lưới phân phối là một yếu tố thiết yếu trong quy hoạch, và việc lựa chọn sơ đồ tối ưu trong quá trình vận hành sẽ mang lại hiệu quả kinh tế đáng kể.
+ Hệ thống điều khiển lưới phân phối.
Cấu trúc lưới phân phối bao gồm: cấu trúc tổng thể và cấu trúc vận hành.
Cấu trúc tổng thể của lưới điện cần có độ tin cậy cao, yêu cầu phải thừa về số lượng phần tử, khả năng tải và khả năng lập sơ đồ Để đảm bảo vận hành hiệu quả, cần dự trữ thiết bị thay thế và vật liệu sửa chữa, đặc biệt là các máy biến áp tự hành, nhằm thay thế cho các máy biến áp phân phối bị hỏng hoặc cần bảo trì.
Để đảm bảo cung cấp điện cho một phụ tải với độ tin cậy cao, cần sử dụng hai đường dây và hai máy biến áp, mặc dù chỉ một đường dây và một máy biến áp là đủ Mỗi thiết bị phải có khả năng tải đủ lớn để có thể đáp ứng toàn bộ công suất trong trường hợp xảy ra sự cố.
Trong hệ thống phân phối điện hiện đại, việc thiết kế nhiều mạch vòng là phổ biến, cho phép mỗi trạm phân phối nhận điện từ nhiều nguồn khác nhau Điều này không chỉ đảm bảo tính linh hoạt mà còn nâng cao độ tin cậy trong việc cung cấp điện.
Trong một chế độ vận hành cụ thể, chỉ cần một phần của cấu trúc tổng thể để đáp ứng nhu cầu, chủ yếu là cấu trúc vận hành Mỗi cấu trúc vận hành được gọi là một trạng thái của lưới điện.
Cấu trúc vận hành bình thường bao gồm các phần tử và sơ đồ do người vận hành lựa chọn Khi có nhiều cấu trúc vận hành thỏa mãn điều kiện kỹ thuật, cần chọn cấu trúc tối ưu theo điều kiện kinh tế, nhằm giảm thiểu tổn thất điện năng.
Khi xảy ra sự cố, nếu một phần tử trong hệ thống vận hành bị hỏng, cấu trúc vận hành sẽ bị rối loạn Để khắc phục, cần nhanh chóng chuyển sang cấu trúc vận hành sự cố bằng cách điều chỉnh trạng thái của các phần tử cần thiết Tuy nhiên, cấu trúc này có chất lượng vận hành thấp hơn so với cấu trúc bình thường Trong giai đoạn vận hành sau sự cố, có thể xảy ra tình trạng mất điện phụ tải Cấu trúc vận hành sự cố được lựa chọn dựa trên tiêu chí an toàn cao và khả năng thao tác thuận lợi.
Cấu trúc lưới phân phối có thể là:
Cấu trúc tĩnh của lưới phân phối không cho phép thay đổi sơ đồ vận hành, dẫn đến việc toàn bộ hoặc một phần lưới phải ngừng điện khi cần bảo dưỡng hoặc gặp sự cố Cấu trúc này bao gồm lưới phân phối hình tia không phân đoạn và hình tia phân đoạn, sử dụng dao cách ly hoặc máy cắt.
Cấu trúc động không hoàn toàn cho phép lưới phân phối điều chỉnh sơ đồ vận hành ngoài tải Khi lưới phân phối bị cắt điện, cấu trúc này hoạt động như một lưới kín với khả năng vận hành hở.
Cấu trúc động hoàn toàn cho phép lưới phân phối điện thay đổi sơ đồ vận hành linh hoạt ngay cả khi đang hoạt động Hệ thống này đảm bảo khả năng thích ứng và tối ưu hóa hiệu suất phân phối điện.
Cũng 2 mức cấu trúc động hoàn toàn, ở mức thấp trong khi thay đổi cấu trúc gây ra mất điện tạm thời ngắn hạn, còn ở mức cao sự thay đổi cấu trúc không gây ra mất điện Lưới điện phân phối của các nước phát triển cao hiện đang ở mức thấp và đang thử nghiệm ở mức cao
Cấu trúc động được áp dụng là do nhu cầu ngày càng cao về độ tin cậy cung cấp điện.
Cấu trúc động trong hệ thống lưới điện cho phép vận hành kinh tế hiệu quả, đặc biệt trong các tình huống thay đổi phụ tải theo mùa Cấu trúc động không hoàn toàn và hoàn toàn ở mức thấp hỗ trợ việc quản lý kinh tế lưới điện khi có sự biến động lớn về đồ thị phụ tải Ngược lại, cấu trúc động ở mức cao cho phép vận hành lưới điện trong thời gian thực, yêu cầu thiết kế lưới phân phối có khả năng hoạt động kín trong thời gian ngắn khi thực hiện thao tác sơ đồ.
Cấu trúc của lưới phân phối còn chia ra:
Cấu trúc phát triển của lưới phân phối điện là yếu tố quan trọng để đáp ứng nhu cầu phụ tải ngày càng tăng theo thời gian và không gian Trong quá trình thiết kế và quy hoạch lưới điện, sơ đồ lưới cần được lựa chọn dựa trên tình huống cụ thể và phải tính đến khả năng phát triển trong tương lai.
Cấu trúc bão hoà là lưới phân phối hoặc bộ phận của nó cung cấp điện cho phụ tải bão hoà, không tăng thêm theo thời gian và không gian Ví dụ về lưới phân phối bão hoà bao gồm hệ thống điện của một xí nghiệp không có dự kiến phát triển, phân xưởng, nhà cao tầng, nhà ở gia đình, chiếu sáng đường phố, hoặc cấp điện cho khu dân cư đã hoàn chỉnh ở các nước phát triển Đối với lưới phân phối bão hoà, có các sơ đồ thiết kế chuẩn đã được tính toán tối ưu Mặc dù khi bắt đầu hoạt động, phụ tải của lưới có thể chưa bão hoà và còn tăng trưởng, nhưng thiết kế đã tính toán cho phụ tải cuối cùng trong trạng thái bão hoà.
Lưới phân phối phát triển luôn có các bộ phận bão hoà.
Cấu trúc lưới phân phối được thiết kế để đáp ứng các tiêu chuẩn chất lượng, và mỗi tiêu chuẩn này có ảnh hưởng lớn đến việc lựa chọn các phần tử hoặc sơ đồ của lưới Do đó, khi lựa chọn một phần tử, cần phải tính toán dựa trên tiêu chuẩn chất lượng phù hợp.
S ơ đồ lưới phân phối trung áp và hạ áp
Lưới phân phối gồm lưới phân phối trung áp và lưới phân phối hạ áp
Lưới phân phối trung áp hoạt động với điện áp trung bình từ 6-35kV, có nhiệm vụ truyền tải điện năng từ các trạm trung gian hoặc trạm khu vực đến các trạm phân phối hạ áp.
-Lưới phân phối hạ áp có cấp điện áp 380/220 V hay 220/110 V, cấp điện trực tiếp cho các hộ tiêu thụ điện.
Lưới phân phối có nhiệm vụ cung cấp điện cho các phụ tải với chất lượng và độ tin cậy đạt tiêu chuẩn Tuy nhiên, độ tin cậy của lưới phân phối hiện tại phụ thuộc vào yêu cầu của phụ tải và chất lượng của chính lưới, bị ảnh hưởng bởi các yếu tố kinh tế và điều kiện kỹ thuật.
Về cấu trúc lưới phân phối thường là:
Lưới phân phối hình tia không phân đoạn, như minh họa trong hình 1.1a, có đặc điểm đơn giản và chi phí thấp Tuy nhiên, độ tin cậy của loại lưới này khá thấp, không đủ khả năng đáp ứng nhu cầu của các phụ tải quan trọng.
Hình 1.1 a: Lưới phân phối hình tia không phân đoạn
Lưới phân phối hình tia có phân đoạn được chia thành nhiều đoạn nhờ thiết bị phân đoạn như dao cách ly, cầu dao phụ tải và máy cắt phân đoạn Các thiết bị này có thể được điều khiển bằng tay hoặc từ xa Độ tin cậy của lưới phân phối này phụ thuộc vào chất lượng của thiết bị phân đoạn và hệ thống điều khiển.
Hì nh 1.1 b: Lưới phân phối hình tia có phân đoạn
Pmax1 Pmax2 Pmax3 Pmax4 Pmax5
Pmax1 Pmax2 Pmax3 Pmax4 Pmax5
Lưới kín vận hành hở có cấu trúc mạch vòng kín hoặc hai nguồn, đi kèm với các thiết bị phân đoạn trong mạch Trong trường hợp có sự cố hoặc cần sửa chữa đường dây, lưới này cho phép sử dụng thiết bị đóng cắt để điều chỉnh cấp điện, đảm bảo rằng các phân đoạn còn lại vẫn được cung cấp điện bình thường trong khi phân đoạn đang sửa chữa sẽ bị mất điện.
Hình 1.1 c: Lưới phân phối kín vận hành hở
Sơ đồ lưới kín vận hành hở mang lại độ tin cậy cao hơn so với các sơ đồ trước Mặc dù lưới có thể vận hành kín, nhưng yêu cầu về thiết bị bảo vệ và điều khiển thường đòi hỏi chi phí cao và chất lượng tốt Trong khi đó, việc vận hành lưới hở lại đơn giản và tiết kiệm hơn rất nhiều.
Trạm biến áp phân phối
Các trạm biến áp phân phối có nhiệm vụ hạ điện áp từ trung áp xuống hạ áp để cung cấp điện cho lưới phân phối Thông thường, mỗi trạm chỉ sử dụng một máy biến áp Phía cao thế được bảo vệ bằng cầu dao và cầu chì, trong khi bảo vệ quá điện thế từ sóng sét được thực hiện bằng chống sét van Phía hạ thế sử dụng Aptômát để đóng cắt và bảo vệ, đồng thời có hệ thống đo lường các đại lượng như dòng điện, điện áp, và điện năng hữu công, vô công.
Kết cấu của các trạm biến áp thường là trạm treo trên cột hoặc kiểu kiốt nếu nằm trong thành phố Tuy nhiên, độ tin cậy trong việc cung cấp điện của các trạm này không cao, dẫn đến thời gian sửa chữa có thể kéo dài.
Pmax1 Pmax2 Pmax3 Pmax4 Pmax5
Pmax10 Pmax9 Pmax8 Pmax7 Pmax6
12 chữa thay thế lớn không đáp ứng được nhu cầu cung cấp điện liên tục cho các phụ tải quan trọng.
Yêu cầu đối với lưới phân phối
Có 4 yêu cầu chính đối với lưới phân phối là:
1-Đảm bảo chất lượng điện áp theo các tiêu chuẩn qquy định
2-Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cao cho các hộ tiêu thụ
3-Đảm bảo an toàn cho người và cholưới điện
4-Đảm bào tổn thất điện năng ở mức hợp lý sao cho giá thành phân phối điện nhỏ nhất.
Chất lượng điện áp và độ tin cậy cung cấp điện được gói lại trong chất lượng phục vụ của lưới phân phối đối với khách hàng.
Dưới đây sẽ trình bày kỹ về chất lượng phục vụ là chất lượng điện áp và độ tin cậy cung cấp điện
Trong phần tính áp dụng sẽ tính chất lượng điện áp
Sự biến thiên điện áp của lưới phân phối
Điện áp trên lưới điện thường xuyên thay đổi do sự tiêu thụ điện năng của các thiết bị và các hiện tượng bất thường ảnh hưởng đến điện áp.
Diễn biến điện áp theo thời gian được phân loại như sau:
Hình1.3: Phân loại biến thiên điện áp
Và được cụ thể hóa trong bảng sau:
Bảng 1.1: Phân loại các hiện tượng liên quan đến chất lượng điện áp theo tiêu chuẩn IEEE 1159-1995
Loại Dài tần Thời gian tồn tại Biên độ
Tần số thấp
