Phân tích an toàn lưới điện 110kv khu vực tỉnh quảng nam giai đoạn 2021 2030 (tt)

Để đảm bảo lưới điện 110kV được vận hành an toàn và liên tục, cần phải tổ chức phân tích an toàn lưới điện để xem xét các nguy cơ ảnh hưởng đến việc vận hành an toàn hệ thống và triển kh

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯

VÕ ĐỨC BÌNH

PHÂN TÍCH AN TOÀN LƯỚI ĐIỆN 110KV

KHU VỰC TỈNH QUẢNG NAM

Công trình được hoàn thành tại

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: GS TS Lê Kim Hùng

Phản biện 1: TS Hạ Đình Trúc

Phản biện 2: TS Vũ Phan Huấn

Luận văn đã được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ ngành Kỹ thuật Điện họp tại Trường Đại học bách khoa vào ngày 19 tháng 02 năm 2022

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại học Bách khoa

- Thư viện Khoa Điện, Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Quảng Nam là một trong những tỉnh có kinh tế phát triển năng động trong khu vực miền Trung và Tây Nguyên Nhờ các chủ trương thu hút đầu tư, ngày càng có nhiều nhà đầu tư rót vốn đầu tư vào khu vực này, làm cho nhu cầu điện luôn tăng trưởng ở mức cao Việc đảm bảo cung cấp điện ổn định, liên tục phục vụ cho sự phát triển kinh tế và xã hội của địa phương là một thách thức lớn đối với đơn vị phân phối điện trên địa bàn Trong đó, việc đảm bảo lưới điện 110kV vận hành an toàn và liên tục có ý nghĩa quyết định

Với đặc thù là một tỉnh có diện tích tương đối lớn, kinh tế phát triển nhộn nhịp phía Đông với sự phát triển mạnh các khu công nghiệp và nở rộ các loại hình kinh doanh dịch vụ làm cho nhu cầu phụ tải tăng rất cao, có nhiều khu vực tăng đột biến Ngược lại, phụ tải khu vực phía Tây chậm phát triển nhưng việc phát triển nguồn thủy điện rất mạnh Trong khi đó, lưới điện 110kV chậm được đầu

tư, chưa theo kịp sự phát triển phụ tải

Qua quá trình vận hành lưới điện 110kV của Công ty Điện lực Quảng Nam cho thấy đã có trường hợp đường dây và trạm biến áp quá tải Việc bổ sung thêm các TBA 110kV trong thời gian tới làm tăng nguy cơ quá tải một số đường dây Ngoài ra, trong giai đoạn cuối năm 2020, đã có hơn 160MWp điện năng lượng mặt trời mái nhà đưa vào vận hành, làm thay đổi phân bố công suất hệ thống Để đảm bảo lưới điện 110kV được vận hành an toàn và liên tục, cần phải

tổ chức phân tích an toàn lưới điện để xem xét các nguy cơ ảnh hưởng đến việc vận hành an toàn hệ thống và triển khai các giải pháp phòng ngừa Trước thực tế đó, học viên chọn đề tài “Phân tích an toàn lưới điện 110kV khu vực tỉnh Quảng Nam giai đoạn 2021-2030” cho luận văn tốt nghiệp của mình

2 Mục đích nghiên cứu

Nghiên cứu, tính toán chỉnh định và mô phỏng đặc tính hoạt động của rơle bảo vệ khoảng cách đường dây 500kV Thạnh Mỹ – Đà Nẵng nhằm mục đích nắm rõ đặc tính hoạt động, sơ đồ logic và thực hiện tính toán một số trường hợp sự cố để mô phỏng sự làm việc của rơle kỹ thuật số bảo vệ khoảng cách

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tượng nghiên cứu:

Lưới điện 110kV khu vực tỉnh Quảng Nam giai đoạn

Nghiên cứu việc tính toán chỉnh định cho rơle kỹ thuật số bảo

vệ khoảng cách cho đường dây 500kV Thạnh Mỹ- Đà Nẵng, mô phỏng đặc tính hoạt động chức năng bảo vệ khoảng cách của rơle cho các trường hợp ngắn mạch trong vùng bảo vệ và ngoài vùng bảo

vệ trên nền Matlab để phân tích đánh giá bảo vệ

4 Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài

- Mục tiêu: Xác định các sự cố có nguy cơ gây mất an toàn lưới điện 110kV khu vực tỉnh Quảng Nam và đề xuất các giải pháp phòng ngừa

tích an toàn hệ thống

+ Xác định danh sách các sự cố có nguy cơ gây mất an toàn hệ thống và đề xuất các giải pháp phòng ngừa

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Ý nghĩa khoa học: Việc nghiên cứu đề tài giúp nắm bắt được các phương pháp phân tích an toàn hệ thống điện, áp dụng chương trình máy tính trong phân tích an toàn hệ thống điện

- Tính thực tiễn:

+ Kết quả của đề tài là tài liệu bổ sung, làm cơ sở để xem xét điều chỉnh bổ sung quy hoạch lưới điện 110kV trong thời gian tới; xem xét điều chỉnh tiến độ đầu tư xây dựng lưới điện để đáp ứng nhu cầu thực tế và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện

+ Là tài liệu hỗ trợ cho công tác lập phương thức vận hành hệ thống lưới điện 110kV

6 Đặt tên đề tài

Từ những lý do đã nêu ở trên, đề tài được chọn có tên là: "Phân

tích an toàn lưới điện 110kV khu vực tỉnh Quảng Nam giai đoạn 2021-2030"

Kết luận

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ PHÂN TÍCH AN TOÀN VÀ LƯỚI ĐIỆN 110KV TỈNH QUẢNG NAM GIAI ĐOẠN 2021-2030 1.1 Các phương pháp phân tích an toàn hệ thống điện

1.1.1 Tổng quan về phân tích an toàn hệ thống điện

Duy trì một hệ thống điện có khả năng vận hành tin cậy có ý nghĩa quan trọng trong việc đảm bảo cung cấp điện ổn định, liên tục cho khách hàng Các hệ thống điện thực tế thường có cấu trúc phức tạp và có nhiều biến đổi do tính chất không ổn định của phụ tải và thiết bị Nhiệm vụ của những người điều hành hệ thống là phải giữ cho hệ thống được vận hành trong giới hạn an toàn cho phép Khi có những thay đổi trong hệ thống (sự cố), người điều hành hệ thống phải đưa ra được các giải pháp phòng ngừa để tái lập tình trạng an toàn cho hệ thống trong thời gian ngắn, giảm nguy cơ xuất hiện các tình huống nguy hiểm cho hệ thống

1.1.2 Các phương pháp phân tích an toàn hệ thống điện

Việc phải duyệt qua tất cả các sự cố có khả năng xảy ra và phân tích mức độ nguy hiểm của từng sự cố yêu cầu phải thực hiện khối lượng công việc lớn và mất nhiều thời gian, đặc biệt đối với các

hệ thống lớn Mục tiêu của bài toán phân tích an toàn là dự báo được các sự cố nghiêm trọng có thể xảy ra để có giải pháp phòng ngừa Có thể mô tả bài toán tổng quát bằng lưu đồ như sau:

Hình 1.2: Lưu đồ phân tích an toàn tổng quát

Đã có nhiều phương pháp được nghiên cứu bài toán phân tích an toàn, tập trung ở hai nhóm phương pháp: phương pháp sắp xếp (phương pháp tường minh) và phương pháp đánh giá trạng thái (phương pháp ẩn)

1.1.2.1 Nhóm phương pháp sắp xếp

Phương pháp sắp xếp được thực hiện qua thuật toán sau:

Bắt đầu

Lập danh sách sự cố, Xét sự cố đầu tiên

Đưa vào danh sách dự cố nguy hiểm

Phân tích nhanh sự cố bằng thuật toán

Còn

sự cố trong danh sách

Phân tích đầy đủ các sự cố nguy

hiểm

Xuất danh sách các sự cố gây mất

an toàn hệ thống Kết thúc

sự cố nguy hiểm

Sự cố không nguy

hiểm còn

hết

Hình 1.3: Thuật toán phân tích an toàn theo phương pháp sắp xếp

Bắt đầu

Xác định chỉ số PI của từng sự cố

Đưa vào danh sách dự cố mất an toàn

So sánh các giới hạn

PI >

ngưỡng an toàn

Xuất danh sách các sự cố gây mất

an toàn hệ thống Kết thúc

vượt ngưỡng an toàn

Trong giới hạn

an toàn Lớn hơn

Nhỏ hơn

Sắp xếp danh sách sự cố theo thứ tự PI

giảm dần, xác định ngưỡng PI an toàn

Duyệt qua danh sách sự cố, bắt

đầu từ sự cố có PI lớn nhất

Thuật toán phân bổ công suất đầy đủ

1.1.2.2 Nhóm phương pháp đánh giá trạng thái

Ý tưởng của phương pháp này là thực hiện bước lặp nhanh đánh giá trạng thái sau sự cố để xác định mỗi sự cố có cần phải thực hiện thêm phép tính phân bổ công suất đầy đủ hay không Phương pháp này giúp cải thiện tốc độ tính toán, sử dụng những lời giải xấp

xỉ hoặc từng phần mà không cần đến sự sắp xếp Một số phương pháp đánh giá trạng thái được nghiên cứu như sau:

* Phương pháp tính toán phân bố công suất một phần (1P-1Q)

* Phương pháp hệ số chuyển tải

* Phương pháp mở rộng vùng

Các phương pháp trên được nghiên cứu trong thời gian dài và

đã áp dụng nhiều trong thực tiễn Nhiều phần mềm phân tích an toàn

đã áp dụng các phương pháp trên khi giải các bài toán phân tích an toàn hệ thống điện và đã được phổ biến hoặc thương mại hóa rộng rãi

1.2 Hiện trạng lưới điện 110kV tỉnh Quảng Nam năm

2021

1.2.1 Về nguồn điện

Lưới điện 110kV tỉnh Quảng Nam được cung cấp điện từ cả lưới điện 500kV (500kV Đà Nẵng và 500kV Dốc Sỏi), lưới 220kV (Trạm 220kV Tam Kỳ và 220kV Thạnh Mỹ) và nhận nguồn từ các nhà máy thủy điện nối cấp 110kV

1.2.2 Về lưới điện phân phối 110kV

Trên địa bàn tỉnh Quảng Nam có 16 TBA 110kV với 24 MBA tổng công suất lắp đặt 871 MVA, phân bố chủ yếu dọc khu vực đồng bằng và trung du phía Đông Về đường dây 10kV: gồm 22 đoạn đường dây kết nối từ các nhà máy điện hoặc các TBA truyền tải đến các TBA phụ tải 110kV với tổng chiều dài hơn 303km Hầu hết các đường dây chính là mạch đơn, đã được đưa vào vận hành thời gian

dài

1.2.3 Biểu đồ phụ tải lưới điện

Thời tiết tỉnh Quảng Nam có 2 mùa tương đối rõ rệt và phụ tải điện có biến động theo mùa rất lớn Theo đó, phụ tải tăng cao vào mùa nắng nhưng giảm thấp về mùa đông Tuy nhiên, vào mùa mưa, lượng nước về các hồ nhiều nên các nhà máy thủy điện phát công suất tối đa, tăng cao so với mùa nắng Do đó, bài toán phân tích an toàn cần phân tích theo từng biểu đồ phụ tải điển hình theo mùa để đánh giá hết các nguy cơ tiềm ẩn của hệ thống

1.3 Dự báo phụ tải tỉnh Quảng Nam giai đoạn 2021-2030

Trên cơ sở mô hình và số liệu dự báo phụ tải giai đoạn

2016-2025 có xét đến 2035 của Viện Năng lượng, học viên đã rà soát điều chỉnh thông số đầu vào các thành phần phụ tải, cập nhật quy hoạch phát triển các địa phương trên địa bàn tỉnh và điều chỉnh số liệu dự báo phụ tải giai đoạn 2021-2030, có xét đến năm 2035 như sau:

sự phát triển của phụ tải và yêu cầu ngày càng cao của xã hội Trên

cơ sở quy hoạch lưới điện 110kV được duyệt, các đề xuất hiệu chỉnh

bổ sung UBND tỉnh Quảng Nam (chưa được duyệt), học viên tổng hợp khối lượng xây dựng bổ sung để hình thành lưới điện 110kV đến

năm 2030, định hướng đến năm 2035

1.5 Kết luận

Trong chương 1, học viên tìm hiểu vấn đề phân tích an toàn và các phương pháp phân tích sự cố ngẫu nhiên để giải bài toán phân tích an toàn hệ thống điện Trong đó, học viên tập trung trình bày hai nhóm phương pháp chính đó là phương pháp sắp xếp và phương pháp đánh giá trạng thái Ngoài nội dung lý thuyết, học viên thực hiện khảo sát lưới điện 110kV khu vực tỉnh Quảng Nam hiện trạng

và quy hoạch đến năm 2030 Trên cơ sở đối chiếu giữa quy hoạch và hiện trạng, học viên cập nhật các thay đổi bổ sung liên quan đến số liệu dự báo phụ tải, quy mô và tiến độ đầu tư để hình thành lưới điện 110kV tỉnh Quảng Nam dự kiến đến năm 2030

Trên cơ sở kết quả thực hiện ở chương 1, trong chương tiếp theo, học viên thực hiện mô phỏng lưới điện 110kV khu vực tỉnh Quảng Nam năm 2021 và dự kiến đến năm 2030 bằng phần mềm máy tính và thực hiện bài toán phân tích an toàn trên lưới điện mô phỏng

CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH AN TOÀN LƯỚI ĐIỆN 110KV TỈNH

QUẢNG NAM 2.1 Các phần mềm phân tích an toàn lưới điện

Trong phần này học viên giới thiệu các phần mềm phân tích an toàn toàn thông dụng: phần mềm CONUS, phần mềm Power System Simulator for Engineering, phần mềm Power World Simulator Học viên chọn phần mềm Power World Simulator để giả bài toán trong luận văn

2.2 Phân tích an toàn lưới điện 110kV khu vực tỉnh Quảng Nam năm 2021

2.2.1 Xây dựng mô hình hệ thống

Trên cơ sở sơ đồ kết lưới cơ bản, các thông số đường dây, TBA và các số liệu phụ tải năm 2021, học viên xây dựng mô hình lưới điện 110kV khu vực Quảng Nam hiện tại trên phần mềm PW để thực hiện bài toán phân tích an toàn

+ Cụm nhà máy thủy điện ZaHung, Sông Bung 5, Sông Bung

6 và một phần công suất thủy điện Sông Côn phát công suất lên lưới truyền tải qua trạm biến áp 220kV Thành Mỹ

- Điện áp tại một số thanh cái có giảm nhưng không đáng kể

(<2% so với điện áp danh định) và nằm trong giới hạn cho phép

- Tất cả đường dây đều mang tải trong giới hạn cho phép Riêng đường dây từ TBA 110kV Đại Lộc đi TBA 500kV Đà Nẵng

có tỉ lệ mang tải tương đối cao (90,9%)

- Tất cả phụ tải hiện nay đều nằm trong giới hạn cung cấp của máy biến áp 110kV Tuy nhiên, tất cả các trạm biến áp 110kV có 2 máy biến áp trở lên đang vận hành ở chế độ độc lập, khi có sự cố máy biến áp ở các trạm này sẽ ảnh hưởng đến việc cung cấp điện Cũng với mô hình trên, trong chế độ phụ tải mùa mưa, khi các nhà máy Khe Diên và Sông Côn phát tối đa công suất thì xuất hiện trường hợp quá tải đường dây từ TBA 110kV Đại Lộc đi TBA 500kV Đà Nẵng với tỉ lệ mang tải 102% Icp

2.2.3 Phân tích an toàn ở chế độ N-1

Thực hiện chức năng phân tích an toàn trên phần mềm PW (Contingency analysis) thu được 8 trường hợp có nguy cơ mất an toàn như bảng 2.5:

Bảng 2.5: Danh sánh các sự cố có nguy cơ gây mất an toàn hệ thống

năm 2021

I Chế độ phụ tải mùa khô

1 Sự cố gây mất điện đường dây 110kV từ TBA 500kV Đà Nẵng - đến TBA 110kV Điện Bàn

2 Sự cố gây mất điện đường dây 110kV từ TBA 110kV Điện Bàn - đến TBA 110kV Duy Xuyên

3 Sự cố gây mất điện đường dây 110kV từ TBA 110kV Thăng Bình

- đến TBA110kV Tam Thăng

4 Sự cố gây mất điện đường dây 110kV từ TBA 220kV Tam Kỳ - đến TBA 110kV Tam Thăng

II Chế độ phụ tải mùa mưa

5 Sự cố gây mất điện đường dây 110kV từ TBA 220kV Thạnh Mỹ - đến NMTĐ Sông Côn

TT Danh sách sự cố có nguy cơ gây mất an toàn

6 Sự cố gây mất điện đường dây 110kV từ TBA 110kV Xuân Thành - đến TBA 220kV Thạnh Mỹ

7 Sự cố gây mất điện đường dây 110kV từ TBA 110kV Đại Lộc - 110kV Xuân Thành

8 Sự cố gây mất điện đường dây 110kV từ TBA 110kV Đại Đồng - 110kV Đại Lộc

Cụ thể như sau:

(1) Khi có sự cố mất điện đường dây 110kV từ TBA 500kV

Đà Nẵng đi TBA 110kV Điện Bàn sẽ gây ra các vi phạm sau:

+ Quá tải đường dây 110kV từ TBA 110kV Tam Thăng đến TBA 110kV Thăng Bình, tỉ lệ mang tải 119% Icp

+ Quá tải đường dây 110kV từ TBA 110kV từ TBA 220kV Tam Kỳ đến TBA 110kV Tam Thăng, tỉ lệ mang tải 151%Icp (2) Khi có sự cố mất điện đường dây 110kV từ TBA 110kV Điện Bàn đến TBA 110kV Duy Xuyên sẽ gây ra quá tải đường dây 110kV từ TBA 220kV Tam Kỳ đến TBA 110kV Tam Thăng, tỉ lệ mang tải 127%Icp

(3) Khi có sự cố mất điện đường dây 110kV từ TBA 110kV Thăng Bình đến TBA 110kV Tam Thăng sẽ gây ra quá tải đường dây 110kV từ TBA 500kV Đà Nẵng đến TBA 110kV Điện Bàn, tỉ lệ mang tải 118%

(4) Khi có sự cố mất điện đường dây 110kV từ TBA 220kV Tam Kỳ đến TBA 110kV Tam Thăng sẽ gây ra các vi phạm sau: + Quá tải đường dây 110kV từ TBA 500kV Đà Nẵng đến TBA 110kV Điện Bàn, tỉ lệ mang tải 151%

+ Quá tải đường dây 110kV từ TBA 110kV Điện Bàn đến TBA 110kV Duy Xuyên, tỉ lệ mang tải 128%

(5) Khi có sự cố mất điện đường dây 110kV từ NMTĐ Sông Côn đi TBA 220kV Thạnh Mỹ sẽ gây ra các vi phạm sau:

+ Quá tải đường dây 110kV từ TBA 110kV Đại Đồng đến TBA 110kV Đại Lộc, tỉ lệ mang tải 103,80%

+ Quá tải đường dây 110kV từ TBA 110kV Đại Lộc đến TBA 500kV Đà nẵng, tỉ lệ mang tải 101,8%

(6) Khi có sự cố mất điện đường dây 110kV từ TBA 220kV Thạnh Mỹ đi TBA 110kV Xuân Thành sẽ gây ra các vi phạm sau: + Quá tải đường dây 110kV từ TBA 110kV Đại Lộc đến TBA 500kV Đà nẵng, tỉ lệ mang tải 103%Icp; đường dây 110kV từ TBA 110kV Đại Đồng đến TBA 110kV Đại Lộc, tỉ lệ mang tải 141%Icp + Quá tải đường dây 110kV từ TBA 220kV Thành Mỹ đi NMTĐ Sông Côn, tỉ lệ mang tải 160%Icp, đường dây 110kV từ NMTĐ Sông Côn đến TBA 110kV Đại Đồng, tỉ lệ mang tải 101%Icp (6) Khi có sự cố mất điện đường dây 110kV từ TBA 110kV Xuân Thành đến TBA 110kV Đại Lộc đi sẽ gây ra các vi phạm sau: + Quá tải đường dây 110kV từ TBA 110kV Đại Đồng đến TBA 110kV Đại Lộc, tỉ lệ mang tải 121%Icp; đường dây 110kV từ TBA 110kV Đại Lộc đến TBA 500kV Đà nẵng, tỉ lệ mang tải 101%Icp

+ Quá tải đường dây 110kV từ TBA 220kV Thành Mỹ đi NMTĐ Sông Côn, tỉ lệ mang tải 111%Icp

(7) Khi có sự cố mất điện đường dây 110kV từ TBA Đại Đồng đến TBA 110kV Đại Lộc sẽ gây ra quá tải đường dây 110kV từ NMTĐ Sông Côn đến TBA 220kV Thành Mỹ, tỉ lệ mang tải 112%Icp