Nghiên cứu tự động hóa lưới điện phân phối để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện

Nghiên cứu tự động hóa lưới điện phân phối để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện

NGHIÊN CỨU TỰ ĐỘNG HOÁ LƯỚI ĐIỆN

PHÂN PHỐI ĐỂ NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY

CUNG CẤP ĐIỆN

STUDY ON AUTOMATIC DISTRIBUTION NETWORK FOR

IMPROVEMENT OF POWER RELIABILITY

HOÀNG DŨNG

Đại học Đà Nẵng

VÕ KHẮC HOÀNG

Công ty Điện lực 3

TÓM TẮT

Hiện nay, việc nâng cao độ tin cậy của lưới điện phân phối là một yêu cầu cấp thiết nhằm phục vụ cho việc phát triển kinh tế - xã hội

Có nhiều phương pháp nâng cao độ tin cậy của lưới điện phân phối, trong khuôn khổ bài báo này trình bày việc nghiên cứu ứng dụng các nguyên tắc phối hợp giữa các thiết bị tự đóng lại (recloser) và dao cắt có tải (LBS) [1] phân đoạn trên lưới phân phối nhằm nhanh chóng cô lập điểm sự cố, giảm thời gian tìm điểm sự

cố, nhanh chóng cung cấp điện lại cho các phân đoạn không bị sự cố trong thời gian nhanh nhất, tăng độ tin cậy cung cấp điện

ABSTRACT

Nowadays, improvement of power supply reliability for distribution network is therefore one of the urgent requirements aiming at eco-social development

There are methods for improving of power supply reliability for distribution network, This article studies the coordinated operation between sectionalizing reclosers and load break switch on distribution network for speedy fault isolation and fault location, re-energizing unfaulted sections in the shortest duration and enhancing power supply reliability

1 Đặt vấn đề:

Hiện nay trên lưới điện phân phối, việc phân đoạn tìm điểm sự cố còn thực hiện thủ công Khi có sự cố trên đường dây máy cắt đầu nguồn cắt, nhân viên quản

lý vận hành bắt đầu đi cắt các thiết bị phân đoạn từ xa đến gần để xác định và cách

ly phân đoạn bị sự cố Đối với lưới mạch vòng, sau khi cách ly phân đoạn bị sự cố mới tiến hành xem xét đóng các thiết bị phân đoạn để cung cấp điện cho các phân đoạn không bị sự cố

Thời gian để xử lý cách ly sự cố theo quy trình này thường phụ thuộc rất nhiều vào trình độ xử lý sự cố của điều độ viên cũng như thời gian triển khai lực lượng đi thao tác tại các thiết bị phân đoạn, khoảng cách và địa hình giữa điểm trực thao tác và các thiết bị cần phân vùng sự cố

Việc phối phối hợp tự động các thiết bị phân đoạn trên lưới nhằm nhanh chóng cách ly phân đoạn bị sự cố và tự động cấp điện trở lại cho các phân đoạn

Trong bài báo này trình bày việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ tự động hóa lưới điện phân phối nhằm mục đích thay thế cách xử lý truyền thống nêu trên, nhằm giảm thời gian mất điện khách hàng, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện

2 Phối hợp làm việc giữa các thiết bị tự đóng lại (recloser) và dao cắt có tải (LBS):

Giai đoạn 1: Chưa có hệ thống SCADA

Áp dụng các nguyên tắc phối hợp các recloser để tự động cô lập phân đoạn

bị sự cố và tái lập trạng thái lưới điện sau sự cố nêu tại [2], và nguyên tắc phối hợp đếm dòng xung đóng cắt giữa recloser và dao cắt có tải cho lưới điện phân phối gồm 2 nguồn cung cấp từ các trạm biến áp 1, 2 như hình 1 Trình tự phối hợp giữa các recloser và dao cắt có tải tự động cô lập phân đoạn sự cố và tái cấu trúc lại lưới điện sau sự cố cụ thể như sau:

Hình 1 Sơ đồ phối hợp phân đoạn sự cố giữa recloser và dao cắt có tải

• Lưới điện đang làm việc bình thường, các recloser và dao cắt có tải phân đoạn trên tuyến ở trạng thái đóng, trừ recloser liên lạc TR ở trạng thái cắt

• Khi có sự cố giữa dao cắt có tải S1 và S2 Đầu tiên recloser FR cắt, các dao cắt có tải S1, S2, S3 đếm một xung đóng cắt

• Recloser FR đóng lại lần 1, nếu thành công hệ thống khôi phục tình trạng cấp điện như ban đầu

• Nếu không thành công, recloser FR cắt ra lần 2, các dao cắt có tải S1, S2, S3 đếm hai xung đóng cắt Dao cắt có tải S3 mở ra sau khi đếm 2 xung đóng cắt

• Recloser FR đóng lại lần 2, nếu thành công chứng tỏ sự cố sau S3, giữa dao cắt có tải S3 và recloser MR TBA 1 tiếp tục cấp điện cho các phân đoạn không bị sự cố

• Nếu không thành công, recloser FR cắt ra lần 3, các dao cắt có tải S1, S2 đếm ba xung đóng cắt Dao cắt có tải S2 mở ra sau khi đếm 3 xung đóng cắt

• Recloser FR đóng lại lần 3, nếu thành công chứng tỏ sự cố sau S2, giữa dao cắt có tải S2 và S3 TBA 1 tiếp tục cấp điện cho các phân đoạn không bị sự

cố

• Nếu không thành công, recloser FR cắt ra lần 4, dao cắt có tải S1 đếm bốn xung đóng cắt và dao cắt có tải S1 mở ra sau khi đếm 4 xung đóng cắt

• Recloser FR đóng lại lần 4, nếu thành công chứng tỏ sự cố sau S1, giữa dao cắt có tải S1 và S2 TBA 1 tiếp tục cấp điện cho các phân đoạn không bị sự

cố

• Recloser MR và TR chuyển nhóm bảo vệ để nhận điện từ TBA 2, sau đó recloser TR đóng lại một lần cấp điện cho các phân đoạn không bị sự cố TBA 2 cấp điện đến đầu dao cắt có tải S3

• Nhân viên vận hành sẽ đóng lại dao cắt có tải S3 cấp điện cho phân đoạn S2 – S3 không bị sự cố

• Sau khi khắc phục xong sự cố, đóng lại dao cắt có tải S1 và S2, recloser TR

sẽ cắt khi nhận thấy công suất qua nó giảm (khoảng 50%) hoặc hướng công suất qua nó ngược chiều Recloser MR sẽ khôi phục lại nhóm bảo vệ ban đầu, hệ thống tái lập lại trạng thái làm việc bình thường của lưới điện

Nhận xét:

− Khi sử dụng các dao cắt có tải tự động làm thiết bị phân đoạn phối hợp với các máy cắt hoặc recloser; khi sự cố trên phân đoạn nào, các thiết bị phân đoạn sẽ tự động đóng/cắt theo một chu trình định sẵn để cô lập phân đoạn

bị sự cố

− Do máy cắt, recloser thường chỉ được thiết kế đóng lập lại tối đa 4 lần, do

đó giữa 2 máy cắt, recloser chỉ nên lắp đặt tối đa 3 dao cắt có tải tự động được phối hợp làm việc theo nguyên tắc trên

− Khi bị mất điện, các hộ sử dụng điện báo cho đơn vị quản lý vận hành Căn

cứ vào khu vực mất điện do sự cố, đơn vị quản lý vận hành sẽ cử nhân viên đến kiểm tra, sửa chữa nhanh chóng khôi phục lại phương thức cấp điện bình thường của hệ thống

− Đối với lưới mạch vòng hoặc các phân đoạn được cấp điện từ nhiều nguồn, các phân đoạn không bị sự cố sau recloser sẽ được cấp điện từ các phân đoạn khác theo nguyên tắc phối hợp giữa các recloser phân đoạn

− Các phân đoạn nhỏ giữa 2 recloser phân đoạn bị sự cố, nhân viên sửa chữa của đơn vị quản lý vận hành căn cứ vào số lần đóng lại của recloser xác định chính xác phân đoạn bị sự cố và cô lập phân đoạn này, đề xuất phương thức cấp điện cho các phân đoạn không bị sự cố trong thời gian sớm nhất, trong khi chưa khắc phục được điểm sự cố Như ví dụ trên đóng lại dao cắt

có tải S3 để cấp điện lại cho phân đoạn S2-S3 trước khi khắc phục sự cố giữa phân đoạn S1-S2

− Khi sự cố gần máy cắt hoặc các recloser phân đoạn, máy cắt hoặc recloser phải đóng lập lại đến 4 lần mới cô lập được điểm sự cố, thời gian cô lập vùng bị sự cố lâu Máy cắt hoặc recloser làm việc nặng nề (đóng lập lại nhiều lần), giá thành của máy cắt và recloser phụ thuộc vào số lần đóng cắt dòng ngắn mạch do đó có giá thành cao

Giai đoạn 2: Khi có hệ thống SCADA

Xét hệ thống điện sử dụng recloser phối hợp với các dao cắt có tải phân đoạn tự động và có hệ thống giám sát và thu thập số liệu SCADA như hình 2

Hình 2 Hệ thống điện sử dụng recloser phối hợp với LBS phân đoạn tự động

và có hệ thống SCADA

Lúc đó trạng thái của các thiết bị phân đoạn (recloser, LBS), tình trạng vận hành của hệ thống điện được thể hiện rõ tại phòng điều hành của trung tâm điều hành hệ thống điện

Nhân viên điều hành lưới điện căn cứ vào tình trạng thiết bị điện trên hệ thống, tình trạng vận hành lưới điện để đưa ra phương thức vận hành lưới điện tối

ưu về mặt kinh tế kỹ thuật

Ví dụ như có sự cố trên phân đoạn giữa LBS 1 và LBS 2 như hình 3, khi đó recloser và các LBS sẽ tự động phối hợp làm việc theo nguyên tắc đã trình bày ở trên nhằm cô lập phân đoạn bị sự cố, đồng thời báo tình trạng của các thiết bị đóng cắt, số lần đóng lập lại các recloser về trung tâm điều khiển qua hệ thống SCADA Nhân viên điều hành lưới điện căn cứ vào các số liệu trên màn hình SCADA như tình trạng thiết bị điện trên hệ thống, số lần đóng cắt các recloser, phán đoán phân đoạn bị sự cố và đưa đưa ra phương thức vận hành lưới điện tối ưu

về mặt kinh tế kỹ thuật Ví dụ như cử nhân viên sửa chữa của đơn vị QLVH đến khắc phục sự cố trên phân đoạn LBS1 – LBS2 và đóng lại LBS 3 từ xa để cấp điện

cho phân đoạn LBS 2 – LBS 3 không bị sự cố

Hình 3 Sự cố giữa phân đoạn LBS 1 và LBS 2

Tóm lại: Tương tự như hệ thống phân đoạn bằng recloser phối hợp với dao

cắt có tải tự động trong giai đoạn 1; ở giai đoạn 2 khi có hệ thống SCADA, khi có

sự cố trên phân đoạn nào, thì các recloser và các dao cắt có tải sẽ phối hợp theo chương trình định sẵn và cô lập phân đoạn bị sự cố, sau đó các thiết bị (recloser, dao cắt có tải) phân đoạn sẽ gửi tín hiệu trạng thái về trung tâm điều hành Căn cứ vào tín hiệu trạng thái của các thiết bị phân đoạn, số lần đóng cắt của recloser, nhân viên điều hành sẽ xác định phân đoạn bị sự cố, thông báo cho đơn vị quản lý vận hành lưới điện cử nhân viên đến kiểm tra, sửa chữa nhanh chóng khôi phục lại phương thức cấp điện bình thường của hệ thống điện Đồng thời nhân viên điều hành có thể thông qua hệ thống SCADA điều hành đóng/cắt các thiết bị phân đoạn

để chủ động cấp điện lại cho các phân đoạn không bị sự cố trong thời gian sớm nhất

Ngoài ra qua hệ thống SCADA, nhân viên điều hành hệ thống có thể chủ động đóng cắt các thiết bị phân đoạn để bố trí phương thức cấp điện hợp lý trong chế độ bình thường, công tác cũng như sau cố

3 Ảnh hưởng của thiết bị phân đoạn đến độ tin cậy cung cấp điện:

Áp dụng các số liệu thống kê tính toán độ tin cậy [3] của lưới điện phân phối khu vực miền Trung cho lưới điện phân phối nêu trên như hình 4

Các phương án tính toán:

Phương án 1: Sử dụng máy cắt phối hợp với recloser, không có LBS 1, 2,

3

Phương án 2: Sử dụng máy cắt phối hợp với recloser và các LBS 1, 2, 3

Các LBS này đóng cắt bằng tay Thời gian thao tác các LBS 1 là 20 phút, LBS 2 là

25 phút, LBS 3 là 35 phút

Phương án 3: Sử dụng máy cắt phối hợp với recloser và các LBS 1, 2, 3

Các LBS này đóng cắt tự động

Hình 4 : Sơ đồ và kết quả tính toán độ tin cậy cung cấp điện phương án 1

Hình 5 : Kết quả tính toán độ tin cậy phương án 2

Kết quả tính toán các phương án bằng chương trình PSSE/Adept thể hiện trên các hình 4, 5, 6 và bảng sau:

TT Chỉ số độ tin cậy Phương án 1 Phương án 2 Phương án 3

Từ kết quả tính toán trên ta nhận thấy khi tự động hoá lưới điện phân phối, các chỉ số độ tin cậy cung cấp điện như: Tần suất mất điện trung bình của hệ thống (SAIFI), thời gian mất điện trung bình của hệ thống (SAIDI), thời gian mất điện trung bình của khách hàng (CAIDI), tần suất mất điện trung bình của khách hàng (CAIFI) là tốt nhất

4 Kết luận:

• Với cách phối hợp các máy cắt, recloser và dao cắt có tải (LBS) như trên, ta sẽ nâng cao được độ tin cậy cung cấp điện nhờ việc hạn chế vùng chịu ảnh hưởng mất điện, bằng cách tự động cách ly điểm sự cố và tự động cấp điện lại cho các phân đoạn không sự cố Do nhanh chóng cô lập điểm sự cố nên thời sửa chữa

và khôi phục lại phân đoạn sự cố sẽ nhanh chóng hơn

• Với nhu cầu sử dụng điện ngày càng cao và số lượng cũng như chất lượng và

độ tin cậy cung cấp điện, việc tự động hoá lưới điện phân phối, phối hợp các recloser và dao cắt có tải phân đoạn trên tuyến nhằm tự động cô lập điểm sự cố

và tái cấu trúc lưới điện sau sự cố, sẽ đem lại hiệu quả kinh tế do rút ngắn được thời gian mất điện, giảm tổn thất về doanh thu, giảm chi phí thời gian bảo dưỡng

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] SIEMENS, Thiết bị đóng cắt trung áp, Nhà xuất bản khoa học và Kỹ thuật,

Hà Nội - 2001

[2] Nguyễn Hoàng Việt (2007), Bảo vệ rơle & tự động hóa trong hệ thống điện,

NXB Đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh, tp Hồ Chí Minh

[3] Công ty Điện lực 3 (2005), Báo cáo tình hình sự cố lưới điện phân phối và

các giải pháp nâng cao chất lượng cung cấp điện năm 2005, Đà Nẵng