ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN THẾ THÀNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG THIẾT BỊ BÙ CÓ ĐIỀU KHIỂN TRÊN LƯỚI ĐIỆN TRUYỀN TẢI 220KV THUỘC ĐỊA BÀN TỈNH QUẢNG BÌNH Chuyên ngành Kỹ thuật điện Mã số 8[.]
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
NGUYỄN THẾ THÀNH
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG THIẾT BỊ BÙ CÓ ĐIỀU KHIỂN
TRÊN LƯỚI ĐIỆN TRUYỀN TẢI 220KV THUỘC ĐỊA BÀN TỈNH QUẢNG BÌNH
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã số : 8520201
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS LÊ THÀNH BẮC
Đà Nẵng - Năm 2018
Trang 2LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công
bố trong bất kỳ công trình nào khác
Tác giả luận văn
Nguyễn Thế Thành
Trang 3MỤC LỤC TRANG BÌA
LỜI CAM ĐOAN
MỤC LỤC
TRANG TÓM TẮT TIẾNG VIỆT TIẾNG ANH
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH
MỞ ĐẦU 1
1 Lý do chọn đề tài 1
2 Mục tiêu nghiên cứu 2
3 Đối tượng và phương pháp nghiên cứu 2
4 Nội dung nghiên cứu 2
5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2
6 Cấu trúc của luận văn 3
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ LƯỚI ĐIỆN TRUYỀN TẢI VÀ THỰC TRẠNG VẬN HÀNH CÁC ĐƯỜNG DÂY 220KV TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH QUẢNG BÌNH4 1.1 GIỚI THIỆU VỀ LƯỚI ĐIỆN TRUYỀN TẢI TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH QUẢNG BÌNH 4
1.1.1 Các thông số cơ bản 4
1.1.1.1 Đường dây 4
1.1.1.2 Trạm biến áp 5
1.1.2 Sơ đồ kết lưới và phương thức vận hành 6
1.1.2.1 Sơ đồ kết lưới 6
1.2.2.2 Phương thức vận hành 7
1.1.3 Thông số vận hành các đường dây 220kV trong thời gian qua 7
1.1.3.1 Đường dây 220kV Đồng Hới - Đông Hà 7
1.1.3.2 Đường dây 220kV Vũng Áng - Đồng Hới 8
1.1.4 Giá trị điện áp tại các nút thuộc Truyền tải điện Quảng Bình 9
1.2 THỰC TRẠNG VẬN HÀNH VÀ KHẢ NĂNG ĐÁP ỨNG CÁC YÊU CẦU VỀ CHỈ TIÊU TỔN THẤT, ĐIỆN ÁP TRONG THỜI GIAN TỚI 10
1.2.1 Chỉ tiêu tổn thất điện năng 10
1.2.2 Chỉ tiêu về điện áp 12
1.3 KẾT LUẬN 13
CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ CÁC THIẾT BỊ BÙ HIỆN CÓ TRÊN LƯỚI TRUYỀN TẢI ĐIỆN 14
2.1 TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ BÙ 14
2.2 CÁC THIẾT BỊ BÙ KHÔNG ĐIỀU KHIỂN 14
2.2.1 Kháng bù ngang 14
Trang 42.2.2 Tụ bù ngang 15
2.2.3 Tụ bù dọc 16
2.2.4 Máy bù đồng bộ 17
2.3 CÁC THIẾT BỊ BÙ CÓ ĐIỀU KHIỂN 18
2.3.1 Bộ bù công suất VAR tĩnh –SVC 18
2.3.1.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động [8] 18
2.3.1.2 Ứng dụng của bộ bù công suất VAr tĩnh – SVC 21
2.3.2 Bộ bù đồng bộ tĩnh – STATCOM 21
2.3.2.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động [8] 21
2.3.2.2 Ứng dụng của bộ bù đồng bộ tĩnh – STATCOM 23
2.3.3 Bộ bù nối tiếp đồng bộ tĩnh – SSSC 24
2.3.4 Bộ bù dọc điều khiển bằng Thyristor –TCSC 24
2.4 PHÂN TÍCH ƯU, NHƯỢC ĐIỂM 25
2.5 KẾT LUẬN 25
CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN, PHÂN TÍCH CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN 220KV KHU VỰC TỈNH QUẢNG BÌNH 26
3.1 ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ LỰA CHỌN PHẦN MỀM PHÂN TÍCH 26
3.1.1 Đặt vấn đề 26
3.1.2 Giới thiệu các phần mềm phân tích hệ thống điện và lựa chọn phần mềm sử dụng 26
3.1.2.1 Phần mềm PSS/ADEPT 27
3.1.2.2 Phần mềm PSS/E 27
3.1.2.3 Phần mềm CONUS 29
3.1.2.4 Phần mềm POWERWORLD SIMULATOR 29
3.1.3 Phân tích và lựa chọn chương trình tính toán 30
3.1.4 Xây dựng dữ liệu tính toán hệ thống điện cho phần mềm PSS/E 30
3.1.4.1 Các file trong PSS/E 30
3.1.4.2 Xây dựng cơ sở dữ liệu HTĐMT vào phần mềm PSS/E 31
3.1.4.3 Ưu và nhược điểm của chương trình PSS/E 34
3.2 KHẢO SÁT GIÁ TRỊ ĐIỆN ÁP TẠI CÁC CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH 34
3.2.1 Giới thiệu các chế độ vận hành 34
3.2.1.1 Chế độ phụ tải cực đại 35
3.2.1.2 Chế độ phụ tải cực tiểu 35
3.2.1.3 Chế độ sự cố đơn lẻ 35
3.2.2 Khảo sát điện áp tại các nút ở chế độ làm việc bình thường năm 2018 và năm 2020 35
3.2.2.1 Điện áp tại các nút ở chế độ phụ tải cực đại 35
3.2.2.2 Điện áp tại các nút ở chế độ phụ tải cực tiểu 37
Trang 53.2.2.3 Biểu đồ điện áp và chênh lệch điện áp tại các nút ở chế độ phụ tải cực
đại và cực tiểu 38
3.2.2.4 Nhận xét 39
3.2.3 Khảo sát điện áp tại các nút ở các chế độ sự cố đơn lẻ 40
3.2.3.1 Điện áp tại các nút khi sự cố đứt đường dây 220kV Vũng Áng -
Đồng Hới 40
3.2.3.2 Điện áp tại các nút khi sự cố đứt đường dây 220kV Formosa - Ba Đồn41 3.2.3.3 Điện áp tại các nút khi sự cố đứt đường dây 220kV Ba Đồn-Đồng Hới44 3.2.3.4 Điện áp tại các nút khi sự cố đứt đường dây 220kV Đồng Hới –
Đông Hà 45
3.2.3.5 Nhận xét 46
3.3 KHẢO SÁT TỔN THẤT CÔNG SUẤT TẠI CÁC CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH 47
3.3.1 Chế độ phụ tải cực tiểu 47
3.3.2 Chế độ phụ tải cực đại 48
3.3.3 Nhận xét 50
3.4 KẾT LUẬN 50
CHƯƠNG 4 ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP NÂNG CAO ỔN ĐỊNH Ở HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI ĐIỆN KHU VỰC QUẢNG BÌNH 52
4.1 GIẢI PHÁP NÂNG CAO ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG 52
4.1.1 Cơ sở tính toán dung lượng bù SVC 52
4.1.2 Tính toán lựa chọn vị trí và dung lượng SVC lắp đặt cho lưới truyền tải điện tỉnh Quảng Bình 52
4.1.2.1 Giới thiệu các nút nguy hiểm 52
4.1.2.2 Phương pháp tính toán xác định vị trí và dung lượng bù SVC 53
4.1.2.3 Kết quả tính toán dung lượng bù tại các nút đề xuất 54
4.2 KIỂM TRA KẾT QUẢ SAU KHI LẮP ĐẶT THIẾT BỊ SVC 54
4.2.1 Đặt vấn đề 54
4.2.2 Tính toán giá trị điện áp sau khi lắp đặt thiết bị SVC 54
4.2.2.1 Điện áp tại các nút ở chế độ phụ tải cực đại 54
4.2.2.2 Điện áp tại các nút ở chế độ phụ tải cực tiểu 55
4.2.2.3 Điện áp tại các nút ở chế độ sự cố đường dây 220kV Formosa-Ba Đồn59 4.2.2.4 Nhận xét 62
4.2.3 Tính toán tổn thất công suất sau khi lắp đặt SVC 62
4.2.3.1 Tổn thất công suất trong chế độ phụ tải cực đại 62
4.2.3.2 So sánh tổn thất công suất trước và sau khi lắp SVC 64
4.2.3.3 Nhận xét 64
4.2.4 Đánh giá hiệu quả sau lắp đặt SVC 65
4.2.4.1 Hiệu quả kỹ thuật 65
4.2.4.2 Hiệu quả kinh tế 65
Trang 64.3 KẾT LUẬN 67
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO 71 YẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI L ẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO)
BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC PHẢN BIỆN
Trang 7TRANG TÓM TẮT TIẾNG VIỆT TIẾNG ANH
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG THIẾT BỊ BÙ CÓ ĐIỀU KHIỂN TRÊN LƯỚI ĐIỆN
TRUYỀN TẢI 220KV THUỘC ĐỊA BÀN TỈNH QUẢNG BÌNH
Học viên: Nguyễn Thế Thành Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã số: Khóa: 2016-2018 Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN
Tóm tắt: Xuất phát từ những yêu cầu ngày càng khắt khe về điện áp và tổn thất điện năng
trong thực tế quản lý vận hành, dựa trên những nghiên cứu về hiện trạng lưới điện truyền tải 220kV thuộc địa bàn tỉnh Quảng Bình, luận văn đã sử dụng phần mềm PSS/E khảo sát điện áp tại các nút và giá trị tổn thất trên các đường dây trong khu vực ở các chế độ vận hành giai đoạn đến năm 2020 Kết quả cho thấy điện áp tại nút 220kV Ba Đồn là nguy hiểm nhất và tổn thất điện năng trên đường dây 220kV Vũng Áng – Đồng Hới đạt giá trị cao so với chỉ tiêu được giao Để giải quyết vấn đề luận văn đã tính toán phân tích đưa đến đề xuất lắp đặt thiết
bị SVC tại nút 220kV Ba Đồn Phân tích kết quả thu được sau khi thực hiện giải pháp đề xuất cho thấy đã nâng cao được ổn định điện áp tại nút 220kV Ba Đồn cũng như tất cả các nút khác, đồng thời, làm giảm tổn thất điện năng trên lưới truyền tải điện 220kV thuộc địa bàn tỉnh Quảng Bình, góp phần ổn định chế độ vận hành lưới điện và đáp ứng tốt hơn các chỉ tiêu được giao
Từ khóa: Lưới truyền tải 220kV Quảng Bình, tổn thất điện năng, ổn định điện áp, thiết bị
bù có điều khiển, SVC
RESEARCHING ABOUT APPLIED CONVENTIONAL EQUIPMENT 220kV
TRANSMISSION GRID IN QUANG BINH PROVINCE
Abstract: Beginning from the strict requirements of the current voltage stabilization, and
reduce power losses in actual keep working, basing on the researching of the Transmission grid status 220kV in Quang Binh province, this thesis was used The PSS/E software investigates survey voltage at the nodes and value of the loss on the regional wires in the operating modes for the period up to 2020 The results indicate that the voltage at 220kV Ba Don is the most dangerous and reduce power losses on the wire 220kV Vung A ng– Dong Hoi 220kV line is higher than the assigned target To solve the result from after working given brings the higher analyzed thesis analyzed the proposed installation of SVC equipment at the
Ba Don 220kV node the same others Concurrent reducing power losses of the current 220kV transmission grid in Quang Binh province, contributes to operating mode Analysis of the results obtained after implementing the proposed solution shows that the voltage stabilization
at the Ba Don 220kV node as well as all other nodes has been improved, at the same time, reducing the power loss on the transmission grid 220kV electricity in Quang Binh province,
contributing to stabilize the operation of the power grid and better meet the assigned targets
Key words: Quang Binh 220kV transmission grid, power loss, voltage stabilization,
compensated compensator, SVC
Trang 8DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
A0 : Trung tâm Điều độ hệ thống điện Quốc gia
A3 : Trung tâm Điều độ hệ thống điện miền Trung
HTĐMT : Hệ thống điện miền Trung
HTĐQG : Hệ thống điện Quốc gia
KBN : Kháng bù ngang
NMNĐ : Nhà máy nhiệt điện
MBA : Máy biến áp
PSS/E : Power System Simulator for Engineering
SVC : Static Var Compensator (Thiết bị bù công suất phản kháng
tĩnh) TBA : Trạm biến áp
TBD : Tụ bù dọc
TBN : Tụ bù ngang
Trang 9DANH MỤC CÁC BẢNG
Số
1.1 Thông số vận hành đường dây 220kV Đồng Hới – Đông Hà 8 1.2 Thông số vận hành đường dây 220kV Vũng Áng - Đồng Hới 8 1.3 Tổn thất công suất các đường dây 220kV và tổn thất chung lưới truyền
1.4 Điện áp tại thanh cái cho phép vận hành trên lưới điện truyền tải 9 1.5 Thực trạng điện áp tại TBA 220kV Đồng Hới 9 1.6 Thực trạng điện áp tại TBA 220kV Ba Đồn 9 1.7 Giá trị tổn thất công suất và chỉ tiêu tổn thất giao 10 1.8 Phụ tải khu vực tỉnh Quảng Bình năm 2020 11 1.9 Điện áp cho phép theo biểu đồ điện áp của A3 12 1.10 Điện áp cho phép theo biểu đồ điện áp của A0 13 3.1 Điện áp tại các nút ở chế độ phụ tải cực đại năm 2018 35 3.2 Điện áp tại các nút ở chế độ phụ tải cực đại năm 2020 36 3.3 Điện áp tại các nút ở chế độ phụ tải cực tiểu năm 2018 37 3.4 Điện áp tại các nút ở chế độ phụ tải cực tiểu năm 2020 38 3.5 Điện áp tại các nút ở chế độ sự cố đường dây 220kV Vũng Áng – Đồng
Trang 10Số
3.14 Tổn thất công suất trên các đường dây trong chế độ phụ tải cực tiểu
4.10 Tính toán các thông số trong chế độ phụ tải cực đại năm 2017 66
4.11 Tổn thất điện năng trên các đường dây trong năm 2018 trước khi lắp đặt
4.12 Tổn thất điện năng trên các đường dây trong năm 2018 sau khi lắp đặt
Trang 11DANH MỤC CÁC HÌNH
Số
1.1 Sơ đồ lưới truyền tải 220kV Quảng Bình 6 2.1 Điện áp trên đường dây dài ở chế độ hở mạch 15 2.2 Tác dụng tăng độ ổn định của TBD 16 2.3 Sơ đồ véc tơ điện áp khi đường dây có tụ 17 2.4 Bộ SVC kết nối với hệ thống điện 18
2.12 Nguyên lý hoạt động của bộ STATCOM 23 2.13 Sơ đồ kết nối bộ STATCOM với hệ thống điện 23 2.14 Sơ đồ kết nối SSSC với hệ thống điện 24
3.1 Hình ảnh phần mềm chạy dữ liệu ở chế độ phụ tải cực đại năm 2018 36 3.2 Hình ảnh phần mềm chạy dữ liệu ở chế độ phụ tải cực đại năm 2020 37 3.3 Biểu đồ điện áp ở chế độ phụ tải cực đại và cực tiểu 38 3.4 Chênh lệch điện áp giữa chế độ phụ tải cực đại và cực tiểu 39 3.5 Biểu đồ điện áp tại các nút khi sự cố đường dây 220kV Vũng Áng –
Trang 12Số
4.3 Biểu đồ điện áp trước và sau khi lắp SVC ở chế độ phụ tải cực đại
4.4 Hình ảnh phần mềm chạy dữ liệu ở chế độ phụ tải cực đại năm 2018 57 4.5 Hình ảnh phần mềm chạy dữ liệu ở chế độ phụ tải cực đại năm 2020 58 4.6 Biểu đồ điện áp trước và sau khi lắp SVC ở chế độ phụ tải cực tiểu
Trang 13MỞ ĐẦU
1 Lý do chọn đề tài
Truyền tải điện Quảng Bình hiện quản lý vận hành 06 đường dây 220kV,
500kV và 02 trạm biến áp 220kV, có nhiệm vụ nối liền hệ thống truyền tải điện
500kV Bắc - Nam, điều hòa năng lượng khu vực Bắc miền Trung và cung cấp điện năng cho các tỉnh từ Hà Tĩnh đến Quảng Trị
Đối với các đường dây 500kV, do không có trạm đầu cuối ở địa phương, công tác quản lý vận hành lưới điện chỉ được thực hiện thông qua công tác bảo đảm
an toàn hành lang tuyến, công trình, giữ vững ổn định hệ thống
Đối với lưới điện 220kV, Truyền tải điện Quảng Bình quản lý 04 đường dây 220kV, với tổng chiều dài 186 km cùng 02 trạm nút 220kV là Đồng Hới và Ba Đồn, dung lượng 375 MVA Việc đảm bảo các chế độ vận hành tối ưu cho các đường dây 220kV sẽ đảm bảo vận hành an toàn, tối ưu cho toàn bộ lưới điện 220kV trên địa bàn tỉnh Quảng Bình, góp phần đảm bảo cho lưới điện khu vực Bắc miền Trung vận hành an toàn, liên tục, ổn định
Trong thời gian vận hành vừa qua, do các đường dây vừa mới xây dựng, nên công suất tải trên đường dây đang ở mức trung bình Tuy nhiên, do có một số đường dây có chiều dài tương đối lớn, nên tổn thất công suất trên đường dây thường đạt mức cao Do thành phần tổn thất trên đường dây chiếm phần lớn tổn thất chung của toàn bộ lưới truyền tải thuộc truyền tải điện Quảng Bình nên khi tổn thất trên các đường dây đạt mức cao đã kéo theo chỉ tiêu tổn thất chung tăng cao, khó đáp ứng được yêu cầu ngày càng khắt khe của ngành điện
Mặt khác, trong thời gian vận hành vừa qua, tại một số ít thời điểm lưới điện
do đơn vị quản lý vẫn xảy ra tình trạng điện áp phía 220kV tại các trạm biến áp không đáp ứng được yêu cầu vận hành theo quy định tại Thông tư 25/2016/TT-BCT Với việc tại 2 trạm biến áp 220kV Đồng Hới, Ba Đồn các máy biến áp chỉ điều chỉnh điện áp phía trung áp (110kV), phía 220kV gần như không thể điều chỉnh được, các ca trực vận hành khi phát hiện giá trị điện áp ra ngoài khoảng giới hạn chỉ thông báo cho Trung tâm điều độ miền Trung chứ không thể can thiệp, việc điều chỉnh điện áp tại các nút 220kV thuộc đơn vị là vô cùng hạn chế
Những vấn đề trên đặt ra yêu cầu cần có một giải pháp nhằm giữ ổn định điện áp tại các nút 220kV Đồng Hới, 220kV Ba Đồn, đồng thời, giảm tổn thất điện
Trang 14năng trên các đường dây truyền tải, góp phần ổn định hệ thống truyền tải điện 220kV tại địa phương, đáp ứng các chỉ tiêu đề ra
Đề tài “Nghiên cứu ứng dụng thiết bị bù có điều khiển trên lưới điện truyền tải
220kV thuộc địa bàn tỉnh Quảng Bình” là một nghiên cứu đề xuất của tác giả nhằm
góp phần giải quyết những vấn đề trên
2 Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu chính là: Tính toán, lựa chọn loại thiết bị, vị trí và dung lượng thiết
bị bù hợp lý tại các nút 220kV thuộc lưới truyền tải điện tỉnh Quảng Bình để nâng cao ổn định điện áp và giảm tổn thất điện năng
3 Đối tượng và phương pháp nghiên cứu
3.1 Đối tượng nghiên cứu
- Lưới truyền tải điện 220kV tỉnh Quảng Bình năm 2018 và năm 2020;
- Các loại thiết bị bù không có và có điều khiển đã được nghiên cứu trong và ngoài nước
3.2 Phương pháp nghiên cứu
- Tính toán phân tích biến động điện áp tại các nút 220kV thuộc lưới truyền tải tỉnh Quảng Bình;
- Tính toán phân tích tổn thất điện năng trên các đường dây 220kV thuộc lưới truyền tải tỉnh Quảng Bình;
- Chọn loại thiết bị, tính toán lựa chọn vị trí và dung lượng bù hợp lý để nâng cao ổn định điện áp và giảm tổn thất điện năng;
Sử dụng phần mềm PSS/E để hỗ trợ quá trình nghiên cứu, phân tích
4 Nội dung nghiên cứu
- Thu thập số liệu cập nhật cho phần mềm PSS/E;
- Tính toán các chế độ vận hành của lưới điện 220kV khu vực tỉnh Quảng Bình, phân tích sự biến động điện áp và thu thập các giá trị tổn thất điện năng;
- Tính toán, lựa chọn vị trí và dung lượng bù thích hợp để nâng cao ổn định cho hệ thống truyền tải khu vực tỉnh Quảng Bình;
- Kiểm tra hiệu quả các giải pháp bù được đề xuất
5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Đề xuất giải pháp nhằm đáp ứng tốt hơn các chỉ tiêu vận hành đặt ra cho lưới điện truyền tải 220kV khu vực Quảng Bình;
- Hoàn thiện việc nghiên cứu về thiết bị bù có điều khiển trên các đường dây
truyền tải, đặc biệt là trên các đường dây 220kV
Trang 156 Cấu trúc của luận văn
Ngoài phần mở đầu và kết luận chung, nội dung của đề tài được tổ chức thành
4 chương Bố cục của nội dung chính của luận văn gồm:
Chương 1: Giới thiệu về lưới điện truyền tải và thực trạng vận hành các đường dây 220kV trên địa bàn tỉnh Quảng Bình
Chương 2: Tổng quan về các thiết bị bù hiện có trên lưới truyền tải điện
Chương 3: Tính toán và phân tích các chế độ làm việc của lưới truyền tải điện tỉnh Quảng Bình
Chương 4: Giải pháp nâng cao ổn định điện áp và giảm tổn thất điện năng trên lưới truyền tải 220kV khu vực tỉnh Quảng Bình
Kết luận và kiến nghị
Tài liệu tham khảo
Phụ lục
Trang 16CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ LƯỚI ĐIỆN TRUYỀN TẢI VÀ THỰC TRẠNG VẬN HÀNH CÁC ĐƯỜNG DÂY 220KV TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH QUẢNG BÌNH
1.1 Giới thiệu về lưới điện truyền tải trên địa bàn tỉnh Quảng Bình
Truyền tải điện Quảng Bình hiện nay quản lý vận hành 06 đường dây 220kV, 500kV và 02 trạm biến áp 220kV, có nhiệm vụ nối liền hệ thống 500kV Bắc - Nam, điều hòa năng lượng khu vực Bắc miền Trung và cung cấp điện năng cho các tỉnh từ
Hà Tĩnh đến Quảng Trị [15] Lưới truyền tải điện trên địa bàn tỉnh Quảng Bình hiện bao gồm các đường dây và trạm biến áp như sau:
- 02 đường dây 500kV: Đường dây 500kV Vũng Áng - Đà Nẵng (còn gọi
là đường dây 500kV mạch 1); đường dây 500kV Đà Nẵng - Hà Tĩnh (còn gọi là đường dây 500kV mạch 2) [15];
- 04 đường dây 220kV: Đường dây 220kV Đồng Hới - Đông Hà; Đường dây 220kV mạch kép Vũng Áng - Ba Đồn - Đồng Hới (bao gồm đường dây 220kV Formosa - Ba Đồn; đường dây 220kV Vũng Áng - Đồng Hới và đường dây 220kV Ba Đồn - Đồng Hới[15];
- 02 trạm biến áp: Trạm biến áp 220kV Đồng Hới; trạm biến áp 220kV Ba Đồn[15]
1.1.1 Các thông số cơ bản
1.1.1.1 Đường dây[15]
a Đường dây 500kV Vũng Áng - Đà Nẵng (mạch 1)
- Năm vận hành: 1995;
- Chiều dài đường dây: 1487 km;
- Chiều dài đường dây thuộc địa bàn tỉnh Quảng Bình: 125,5 km (từ vị trí 955 đến vị trí 1253);
- Thông số dây dẫn: 4xACKΠ 330/43 và 4xACSR 330/52
b Đường dây 500kV Đà Nẵng - Hà Tĩnh (mạch 2)
- Năm vận hành: 2005;
- Chiều dài đường dây: 1600 km;
- Chiều dài đường dây thuộc địa bàn tỉnh Quảng Bình: 124,4 km (từ vị trí 5005 đến vị trí 7201);
- Thông số dây dẫn: 4xACSR 330/42,4xPASTEL 412
c Đường dây 220kV Đồng Hới - Đông Hà
Trang 17- Năm vận hành: 2010;
- Chiều dài đường dây: 104,63 km;
- Chiều dài đường dây thuộc địa bàn tỉnh Quảng Bình: 57,93 km (từ vị trí 002 đến vị trí 169);
- Thông số dây dẫn: ACSR 400/51
d Đường dây 220kV Formosa - Ba Đồn
- Năm vận hành: 2015;
- Chiều dài đường dây: 34 km;
- Chiều dài đường dây thuộc địa bàn tỉnh Quảng Bình: 21,2 km (từ vị trí 56 đến vị trí 112);
- Thông số dây dẫn: ACSR 400/51
e Đường dây 220kV Vũng Áng - Đồng Hới
- Năm vận hành: 2015;
- Chiều dài đường dây: 97 km;
- Chiều dài đường dây thuộc địa bàn tỉnh Quảng Bình: 63,98 km (từ vị trí 56 đến vị trí 230);
- Thông số dây dẫn: ACSR 400/51
f Đường dây 220kV Ba Đồn - Đồng Hới
- Năm vận hành: 2015;
- Chiều dài đường dây: 42,8 km;
- Chiều dài đường dây thuộc địa bàn tỉnh Quảng Bình: 42,8 km (từ vị trí 113 đến vị trí 230);
- Thông số dây dẫn: ACSR 400/51
Trang 181.1.2 Sơ đồ kết lưới và phương thức vận hành
1.1.2.1 Sơ đồ kết lưới
Hình 1.1 Sơ đồ lưới truyền tải 220kV Quảng Bình
Trang 191.2.2.2 Phương thức vận hành
Đối với lưới điện 500kV, Truyền tải điện Quảng Bình có nhiệm vụ quản lý vận hành 02 đoạn đường dây 500kV Vũng Áng – Đà Nẵng và đường dây 500kV Đà Nẵng – Hà Tĩnh, góp phần nối liền hệ thống truyền tải điện Quốc gia, đảm bảo cho việc cân bằng năng lượng, cung cấp điện năng trên phạm vi toàn quốc Phương thức vận hành chủ yếu là truyền tải từ bắc vào nam, nhận điện từ sân phân phối 500kV Vũng Áng và trạm biến áp 500kV Hà Tĩnh cấp cho trạm biến áp 500kV Đà Nẵng [15]
Với lưới điện 220kV, các đường dây và trạm biến áp thuộc Truyền tải điện Quảng Bình, chủ yếu nhận điện từ Hà Tĩnh (qua đường dây 220kV mạch kép Vũng Áng - Ba Đồn - Đồng Hới), cấp điện cho Điện lực Quảng Bình và tỉnh Quảng Trị (qua đường dây 220kV Đồng Hới - Đông Hà) Góp phần cung cấp điện liên tục và ổn định năng lượng cho khu vực bắc miền Trung, từ Hà Tĩnh đến Thừa Thiên - Huế [15] Trên địa bàn tỉnh, Truyền tải điện Quảng Bình có nhiệm vụ cung cấp điện 110kV qua 2 trạm biến áp 220kV Ba Đồn và Đồng Hới cho 8 trạm biến áp 110kV (Lệ Thủy,
Áng Sơn, Đồng Hới, Bắc Đồng Hới, Ba Đồn, Sông Gianh, Văn Hóa, Hòn La) [15] 1.1.3 Thông số vận hành các đường dây 220kV trong thời gian qua
Trong số 04 đường dây truyền tải 220kV, đường dây 220kV Formosa - Ba Đồn và đường dây 220kV Ba Đồn - Đồng Hới có chiều dài ngắn, công suất truyền tải thấp nên các thông số trong vận hành tương đối ổn định, các giá trị về tổn thất điện năng, độ lệch điện áp tương đối thấp, đáp ứng các yêu cầu đề ra Các đường dây còn lại là đường dây 220kV Vũng Áng – Đồng Hới và đường dây 220kV Đồng Hới – Đông Hà có chiều dài lớn, công suất truyền tải cao nên các thông số vận hành
có sự dao động lớn hơn, các giá trị về tổn thất và độ lệch điện áp cao, ảnh hưởng lớn đến chế độ vận hành của lưới điện truyền tải thuộc tỉnh
Do vậy, trong nội dung nghiên cứu của đề tài, chỉ xét đến tình hình vận hành của 02 đường dây dài là đường dây 220kV Đồng Hới – Đông Hà và đường dây 220kV Vũng Áng – Đồng Hới Qua đó, đề ra phương án nâng cao chất lượng vận hành của các đường dây này, góp phần ổn định lưới truyền tải trên địa bàn tỉnh Quảng Bình
1.1.3.1 Đường dây 220kV Đồng Hới - Đông Hà
Đường dây 220kV Đồng Hới - Đông Hà được đưa vào sử dụng từ tháng 4 năm 2010, có nhiệm vụ truyền tải công suất từ phía bắc vào phía nam, cung cấp điện cho tỉnh Quảng Trị, Thừa Thiên Huế[15] Chiều dài tuyến đường dây là 104,6
km với điểm đầu là ngăn xuất tuyến 273, 274/TBA 220kV Đồng Hới và điểm cuối
là ngăn xuất tuyến 273, 274/TBA 220kV Đông Hà Đường dây sử dụng dây dẫn ACSR 400/51, dây đơn [15]
Thông số vận hành trong năm 2017 và 6 tháng đầu năm 2018 như sau [16]:
Trang 20Bảng 1.1 Thông số vận hành đường dây 220kV Đồng Hới – Đông Hà
Thông số
vận hành
Pmax (MW)
Pmin MW)
Qmax (MVAr)
Qmin (MVAr)
Tổn thất công suất (%)
6 tháng đầu
1.1.3.2 Đường dây 220kV Vũng Áng - Đồng Hới
Đường dây 220kV Vũng Áng - Đồng Hới được đưa vào vận hành ngày 17.01.2016, thuộc đường dây mạch kép Vũng Áng - Ba Đồn - Đồng Hới Đây là tuyến đường dây thay cho đường dây 220kV Vinh - Đồng Hới trước đây, có nhiệm
vụ cung cấp công suất cho tỉnh Quảng Bình và điều hòa công suất khu vực bắc miền Trung, từ Hà Tĩnh đến Thừa Thiên Huế Chiều dài tuyến đường dây là 97 km với điểm đầu là ngăn xuất tuyến 273/NMNĐ (Nhà máy nhiệt điện) Vũng Áng 1 và điểm cuối là ngăn xuất tuyến 271/TBA (Trạm biến áp) 220kV Đồng Hới [15] Đường dây chủ yếu sử dụng 02 loại dây là ACSR 400/51 và ACSR 330/43, phân pha 02 dây đơn[15]
Thông số vận hành trong năm 2017 và 6 tháng đầu năm 2018 như sau [16]:
Bảng 1.2 Thông số vận hành đường dây 220kV Vũng Áng - Đồng Hới
Thông số
vận hành
Pmax (MW)
Pmin MW)
Qmax (MVAr)
Qmin (MVAr)
Tổn thất công suất (%)
Trang 211.1.4 Giá trị điện áp tại các nút thuộc Truyền tải điện Quảng Bình
Theo quy định tại Thông tư 25/2016/TT-BCT ngày 31/11/2016, điện áp cho phép vận hành tại thanh cái trên lưới truyền tải điện được quy định [1,2] như sau:
Bảng 1.4 Điện áp tại thanh cái cho phép vận hành trên lưới điện truyền tải
Cấp điện áp Chế độ vận hành của hệ thống điện
Bảng 1.5 Thực trạng điện áp tại TBA 220kV Đồng Hới
Thông số Điện áp max
(kV)
Điện áp min (kV)
Thời gian cao
áp (giờ)
Thời gian thấp áp (giờ)
* Trạm biến áp 220kV Ba Đồn[16]
Bảng 1.6 Thực trạng điện áp tại TBA 220kV Ba Đồn
Thông số Điện áp max
(kV)
Điện áp min (kV)
Thời gian cao
áp (giờ)
Thời gian thấp áp (giờ)
6 tháng đầu
Ngược lại với TBA 220kV Đồng Hới, tại TBA 220kV Ba Đồn, trong năm
2017, đã xuất hiện nhiều thời điểm điện áp phía 220kV thấp hơn giá trị cho phép nhỏ nhất
Trang 221.2 Thực trạng vận hành và khả năng đáp ứng các yêu cầu về chỉ tiêu tổn thất, điện áp trong thời gian tới
1.2.1 Chỉ tiêu tổn thất điện năng
Trong thời gian vận hành vừa qua, do các đường dây vừa mới xây dựng, công suất tải trên đường dây thường đạt mức 40-50% Icp [4,8] Đối với 02 đường dây ngắn là đường dây 220kV Ba Đồn – Đồng Hới và đường dây 220kV Formosa –
Ba Đồn, tổn thất công suất là không cao, sự ảnh hưởng tổn thất từ 2 đường dây này đối với tổn thất chung của tỉnh Quảng Bình là không lớn Tuy nhiên, đối với các đường dây có chiều dài tương đối lớn là đường dây 220kV Đồng Hới – Đông Hà và đường dây 220kV Vũng Áng – Đồng Hới, tổn thất công suất trên đường dây thường đạt mức cao, sự ảnh hưởng tổn thất từ 2 đường dây này đối với tổn thất chung của tỉnh Quảng Bình là khá lớn Khi tổn thất trên các đường dây này đạt mức cao sẽ kéo theo chỉ tiêu tổn thất chung tăng cao Bảng 1.7 dưới đây thể hiện sự phụ thuộc giữa tổn thất chung của tỉnh Quảng Bình vào tổn thất 2 đường dây 220kV Đồng Hới – Đông Hà và 220kV Vũng Áng – Đồng Hới và tình hình thực hiện chỉ tiêu tổn thất trong thời gian vừa qua [16]
Bảng 1.7 Giá trị tổn thất công suất và chỉ tiêu tổn thất giao
Tuyến đường dây Tổn thất năm
2017 (%)
Tổn thất 6 tháng đầu năm 2018 (%)
220kV Vũng Áng - Đồng Hới 1,24 1,68
220kV Đồng Hới - Đông Hà 1,20 1,23
Tổn thất lưới truyền tải
Chỉ tiêu tổn thất được giao
chung cho lưới 220kV 1,14 0,99
Trong thời gian tới, khi phụ tải tại các tỉnh từ Quảng Bình đến Thừa Thiên Huế ngày càng phát triển, công suất truyền tải trên các đường dây 220kV sẽ tiếp tục tăng cao Số liệu dự báo mức độ tăng phụ tải tại tỉnh Quảng Bình năm 2018 và năm
Trang 23Stt Phụ tải Địa phận Công suất tác dụng (MW)
14 Cam Liên Quảng Bình 15.52 10.40
15 XM Văn Hóa Quảng Bình 28.43 19.05
Bảng 1.8 Phụ tải khu vực tỉnh Quảng Bình năm 2020
Stt Phụ tải Địa phận Công suất tác dụng (MW)
14 Cam Liên Quảng Bình 15.84 11.09
15 XM Văn Hóa Quảng Bình 29.02 20.31
Việc tăng phụ tải tại khu vực tỉnh Quảng Bình trong thời gian tới sẽ dẫn việc gia tăng giá trị tổn thất công suất Trong khi đó, với yêu cầu ngày càng nghiêm ngặt
Trang 24của hệ thống truyền tải, các chỉ tiêu tổn thất ngày càng buộc phải giảm thấp Vì vậy, cần thiết phải nghiên cứu, phân tích các giá trị tổn thất công suất trong thời gian tới,
từ đó, đề ra phương án xử lý có hiệu quả
1.2.2 Chỉ tiêu về điện áp
Theo thống kê, trong các năm từ 2016 đến 2018 đều có những thời điểm điện
áp tại các nút điện áp 220kV Đồng Hới, 220kV Ba Đồn vượt mức cho phép Giá trị điện áp có biên độ giao động lớn, lúc thì cao hơn giá trị cho phép lớn nhất, lúc thì nhỏ hơn giá trị cho phép nhỏ nhất Với việc tại 2 trạm biến áp 220kV Đồng Hới, Ba Đồn các máy biến áp chỉ điều chỉnh điện áp phía trung áp (110kV), phía 220kV gần như không thể điều chỉnh được, các ca trực vận hành khi phát hiện giá trị điện áp ra ngoài khoảng giới hạn chỉ thông báo cho Trung tâm điều độ miền Trung [2,3] chứ không thể can thiệp, việc điều chỉnh điện áp tại các nút 220kV thuộc đơn vị là vô cùng hạn chế
Theo Thông tư 25/2016/TT-BCT [1], dải phạm vi điều chỉnh điện áp thanh cái phía 220kV là rất rộng (từ 209 kV đến 242 kV) Tuy nhiên, trong thực tế vận hành, do yêu cầu của phụ tải, yêu cầu giá trị điện áp trong vận hành chỉ được phép thay đổi trong phạm vi rất hẹp (±2kV), tại một số trường hợp, giá trị điện áp chỉ được điều chỉnh trong phạm vi cận trên (+2kV) Hình ảnh phía dưới là giá trị điện
áp cho phép phía 110kV tại TBA 220kV Đồng Hới và TBA 220kV Ba Đồn theo biểu đồ điện áp nút thuộc quyền điều khiển của A3 [3]
Bảng 1.9 Điện áp cho phép theo biểu đồ điện áp của A3
07h01- 12h30
11h01- 16h30
12h31- 20h00
16h31- 22h00
20h01- 24h00
Bảng dưới là biểu đồ điện áp hàng ngày phía 220kV tại 02 nút NMNĐ Vũng Áng và NMNĐ Formosa theo biểu đồ điện áp tuần của A0 [2]
Trang 25Bảng 1.10 Điện áp cho phép theo biểu đồ điện áp của A0
07h01- 12h30
11h01- 16h30
12h31- 20h00
16h31- 22h00
20h01- 24h00
Yêu cầu đề ra là cần có giải pháp để nâng cao sự ổn định điện áp tại các nút trạm biến áp 220kV Đồng Hới và trạm biến áp 220kV Ba Đồn, đảm bảo quy định vận hành hiện tại, giảm bớt sự phụ thuộc vào điện áp tại NMNĐ Vũng Áng và NMNĐ Formosa Do điện áp tại các nút 220kV Đồng Hới và 220kV Ba Đồn có lúc cao hơn giá trị lớn nhất cho phép nhưng cũng có lúc nhỏ hơn giá trị thấp nhất cho phép nên giải pháp được lựa chọn phải có khả năng điều chỉnh điện áp linh hoạt, vừa có thể tăng giá trị điện áp lúc thấp áp, vừa có thể giảm giá trị điện áp lúc cao áp, phù hợp với phương thức vận hành tại từng thời điểm
1.3 Kết luận
Từ những phân tích, đánh giá thực trạng nêu trên, yêu cầu cấp thiết đặt ra hiện nay là cần có một giải pháp toàn diện nhằm giảm tổn thất điện năng trên các đường dây truyền tải, cụ thể là đường dây 220kV Vũng Áng - Đồng Hới và đường dây 220kV Đồng Hới - Đông Hà nhằm giảm tổn thất chung toàn truyền tải, đáp ứng các chỉ tiêu đặt ra Đồng thời, cần phải điều chỉnh giá trị điện áp tại các nút 220kV thuộc truyền tải điện Quảng Bình (trạm biến áp 220kV Đồng Hới và trạm biến áp 220kV Ba Đồn) một cách linh hoạt, đảm bảo quy định vận hành điện áp hiện tại, góp phần ổn định hệ thống truyền tải điện 220kV tại địa phương
Sau quá trình nghiên cứu các tài liệu lý thuyết về các thiết bị bù và các nghiên cứu đã công bố trong và ngoài nước về giảm tổn thất và điều chỉnh điện áp khi truyền tải điện năng [5, 9,22,23] Trên cơ sở các tìm hiểu thực trạng hai tuyến đường dây 220kV tại Quảng Bình, tôi chọn phương án, nghiên cứu giải pháp lắp đặt các thiết bị bù có điều khiển với công suất hợp lý trên các đường dây truyền tải 220kV làm đề tài tốt nghiệp
Trang 26CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ CÁC THIẾT BỊ BÙ HIỆN CÓ TRÊN LƯỚI
TRUYỀN TẢI ĐIỆN 2.1 Tổng quan về thiết bị bù
Truyền tải điện trên các đường dây cao áp làm xuất hiện nhiều vấn đề kỹ thuật cần giải quyết, đặc biệt là việc xử lý dung dẫn rất lớn của các đường dây dài, vấn đề tổn thất công suất, tổn thất điện áp và giới hạn truyền tải công suất của đường dây Ngay từ giữa thế kỷ trước, các nước có hệ thống điện lớn như Liên Xô (cũ), Mỹ, Canada, Ấn độ đã ứng dụng các thiết bị bù không điều khiển là bù ngang bằng kháng điện và bù dọc bằng tụ điện trên các đường dây dài để giải quyết phần nào vấn đề kỹ thuật trên Tuy nhiên, chính việc tồn tại các thiết bị bù ngang với các thông số không đổi lại góp phần làm tăng đáng kể các loại tổn thất công suất, điện áp và làm giảm khả năng tải của các đường dây dài [10,11,13]
Những năm cuối của thế kỷ 20, đặc biệt từ những năm đầu thế kỷ 21, kỹ thuật truyền tải điện đi xa đã có những thay đổi rất lớn bằng việc ứng dụng các thiết
bị bù có điều khiển, với sự ra đời của hệ thống truyền tải điện linh hoạt (FACTS) đã khắc phục được nhiều vấn đề kỹ thuật tồn tại Tuy nhiên, hạn chế lớn nhất để chưa thể ứng dụng phổ biến của các thiết bị bù có điều khiển là giá thành khá cao, nhiều loại thiết bị rất cồng kềnh chiếm diện tích lớn, bên cạnh đó là có thể gây méo dạng dòng lưới [4,5,9,10,11,20]
Mục đích chủ yếu của việc đặt các thiết bị bù là nâng cao khả năng tải của đường dây và san bằng điện áp phân bố dọc đường dây Hơn nữa, bù thông số còn nâng cao tính ổn định tĩnh, ổn định động, giảm sự dao dộng công suất, dập tắt dao động đồng bộ phụ,… làm cho việc vận hành hệ thống điện được linh hoạt và hiệu quả hơn [12,21,23] Dưới đây là giới thiệu về các thiết bị bù hiện đang được áp dụng trên lưới điện hiện nay:
2.2 Các thiết bị bù không điều khiển
2.2.1 Kháng bù ngang
Tác dụng của kháng bù ngang (KBN) là để bù điện dung do đường dây sinh
ra Kháng bù ngang có tác dụng chống quá áp trên đường dây trong chế độ tải nhẹ hoặc hở mạch
Kháng bù ngang thường dùng cho đường dây dài siêu cao áp trên không vì dòng điện điện dung sinh ra thường lớn [9,11,22,23] Tính toán đường dây dài với thông số phân bố rải có thể thấy được dạng điện áp trên đường dây ở chế độ hở mạch đầu cuối và có đặt KBN ở cuối và giữa đường dây như sau: