Nghiên Cứu Đảm Bảo Độ Chọn Lọc Của Rơ Le Bảo Vệ Với Các Sự Cố Chạm Đất Tổng Trở Cao Trên Hệ Thống Điện Miền Bắc.docx

Nghiê�n cứ� u đả�m bả�o đo�� cho� n lo� c cu� ả rơ lê bả�o vê�� vơ� i cả� c sứ� co� chả�m đả� t to� ng trơ� cảo trê�n hê�� tho� ng điê��n miê�n bả�cPảgê 1 BỘ G IÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC B ÁCH[.]

Trang 1

BỘ G IÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC B ÁCH KHOA HÀ NỘI

-LƯU CÔNG ĐĂNG

NGHIÊN CỨU ĐẢM BẢO ĐỘ CHỌN LỌC CỦA RƠ LE BẢO VỆ VỚI CÁC SỰ CỐ CHẠM ĐẤT TỔNG TRỞ CAO

TRÊN HỆ THỐNG ĐIỆN MIỀN BẮC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

Hà Nội – Năm 2018

Trang 2

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật Lưu Công Đăng

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan toàn bộ luận văn này do chính bản thân tôi nghiên cứu,tính toán và phân tích Số liệu đưa ra trong luận văn dựa trên kết quả tính toán trungthực của tôi, không sao chép của ai hay số liệu đã được công bố Nếu sai với lờicam kết trên, tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

Hà Nội, ngày tháng năm 2018

Tác giả luận văn

Lưu Công Đăng

Trang 3

LỜI MỞ ĐẦU

Tro ng hệ thống điện, lưới điện truyền tải đóng vai trò quan trọng trong quátrình truyền tải điện năng với nhiệm vụ đảm bảo cung cấp điện an toàn, tin cậy chophụ tải Để đảm nhiệm hiệu quả vai trò này, cần có sự phối hợp tốt giữa các thiết bịbảo vệ, trong đó phải kể đến bảo vệ khoảng cách và các bảo vệ quá dòng chạm đất

Luận văn tập trung phân tích ảnh hưởng của điện trở sự cố chạm đất đến khảnăng làm việc của bảo vệ khoảng cách trên đường dây truyền tải Với các sự cố cóđiện trở nhỏ, các bảo vệ khoảng cách, bao gồm 2 đến 3 vùng tác động có thể đảmbảo độ tin cậy và chọn lọc tác động khi giải trừ sự cố Tuy nhiên, với các sự cố cótổng trở lớn hơn, tổng trở biểu kiến có thể nằm ngoài vùng của tất cả bảo vệ khoảngcách Khi đó sự cố sẽ được giải trừ bằng các rơ le bảo vệ quá dòng chạm đất cóhướng và vô hướng, với mức độ chọn lọc suy giảm Trong nghiên cứu này, tiếnhành thử nghiệm mô phỏng các kịch bản sự cố chạm đất với giá trị điện trở sự cố và

vị trí khác nhau trên lưới điện 110kV khu vực miền Bắc từ đó đánh giá độ tin cậytác động của hệ thống rơ le bảo vệ khoảng cách, cũng như mức độ mất chọn lọc khicần dựa vào các bảo vệ quá dòng chạm đất để giải trừ sự cố

Để hoàn thành luận văn này, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy

giáo TS Nguyễn Đức Huy cùng các thầy cô trong bộ môn Hệ thống điện – Viện

Điện – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã hướng dẫn, chỉ bảo tận tình trongsuốt quá trình làm luận văn

Xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã tạo mọi điều kiệnthuận lợi và có những đóng góp quý báu cho bản luận văn

Trang 4

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 2

LỜI MỞ ĐẦU 3

MỤC LỤC 4

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 6

DANH MỤC BẢNG 7

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 10

1 1 1 1 Tín h cấp thiết của đề tài 10

.2 Mục đích nghiê n cứu 10

.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 10

CHƯƠNG 2: NGUYÊN LÝ CƠ BẢN VÀ PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ CHO ĐƯỜNG DÂY 110KV 12

2.1 Các nguyên lý bảo vệ cơ bản cho đường dây 110kV 12

2 2 2 1.1 Bảo vệ so lệch 12

.1.2 Bảo vệ khoảng cách 16

.1.3 Bảo vệ quá dòng chạm đất 27

2.2 So sánh bảo vệ quá dòng chạm đất và bảo vệ khoảng cách 28

.3 Phương thức bảo vệ cho đường dây 110kV 29

2 2 1.3.1 Cấu hình hệ thống rơ le bảo vệ cho đường dây trên không hoặc cáp ngầm10kV có truyền tin bằng cáp quang 29

2.3.2 Cấu hình hệ thống rơ le bảo vệ cho đường dây trên không 110kV không có truyền tin bằng cáp quang 30

CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐIỆN MIỀN BẮC 32

3 3 3 3 1 Nguồn điện 32

.2 Phụ tải 34

.3 Lưới điện 38

.4 Hệ thống rơ le bảo vệ và tự động 41

CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG SỰ LÀM VIỆC CỦA BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH VÀ QUÁ DÒNG CHẠM ĐẤT VỚI CÁC SỰ CỐ NGẮN MẠCH TỔNG TRỞ CAO 43 4.1 Giới thiệu mô hình mô phỏng 43

.2 Cài đặt các bảo vệ 45

4 4.2.1 Cài đặt vùng bảo vệ khoảng cách 45

Trang 5

4.3 Kết quả mô phỏng 46

4 4 4 3.1 Kịch bản không có điện trở chạm đất 46

.3.2 Kịch bản điện trở chạm đất thay đổi 49

.3.3 Phân tích chọn lọc tác động của các bảo vệ quá dòng với các trường hợp bảo vệ khoảng cách không làm việc 53

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 57

5 5 1 Những kết quả đạt được 57

.2 Định hướng phát triển đề tài 58

PHỤ LỤC 59

TÀI LIỆU THAM KHẢO 80

Trang 6

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

BI, CT, TI

BU, TUTTK

Biến dòng điệnBiến điện ápThứ tự khôngThứ tự thuậnĐường dây

TTTĐZMBAHTĐTBATĐ

Máy biến áp

Hệ thống điệnTrạm biến ápThủy điện

Power System Simulator for Engineering(Phần mềm PSS/E)

PSS/EMATL ABDIFF

Matrix laboratory(Phần mềm MATLAB)Different current(Dòng điện so lệch)Direct under -reach transfer trip(Phương thức cắt liên động trực tiếp)DUTT

PUTTPOTTPLC

Permissive under-reach transfer trip(Phương thức cắt liên động cho phép)Permissive over-reach transfer trip(Phương thức cắt liên động cho phép)Power line carrier

(Kháng tải ba)Power Swing BlockPSB

Z<

(Chức năng khóa chống dao động công suất)Bảo vệ tổng trở thấp

56

1N7N

Bảo vệ quá dòng đất vô hướngBảo vệ quá dòng đất có hướng

Trang 7

DANH MỤC BẢNG

Bảng 3.1: Tăng trưởng công suất HTĐ miền Bắc năm 2018 so với năm 2017 34

Bảng 3.2: Tăng trưởng sản lượng HTĐ miền Bắc năm 2018 so với năm 2017 34

Bảng 3.3: Nhu cầu phụ tải các Công ty Điện lực năm 2018 so với năm 2017 35

Bảng 3.4: Thống kê chủng loại rơ le sử dụng trên HTĐ Miền Bắc 41

Bảng 4.1: Số trường hợp khởi động của bảo vệ khoảng cách 49

Bảng 4.2: Số lần khởi động của bảo vệ khoảng cách 52

Bảng 4.3: Số trường hợp tác động của các bảo vệ .55

Trang 8

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 2.1: Nguyê n lý bảo vệ so lệch cơ bản 12

Hình 2.2: Sự cố ngoài vùng bảo vệ so lệch 13

Hình 2.3: Sự cố trong vùng bảo vệ so lệch 14

Hình 2.4: Đặc tính bảo vệ so lệch theo dòng điện 15

Hình 2.5: Điểm sự cố và đường đặc tính tác động 16

Hình 2.6: Đặc tính tứ giác 17

Hình 2.7: Vùng làm việc của bảo vệ khoảng cách 18

Hình 2.8: Mô phỏng quỹ đạo tổng trở khi ngắn mạch 1 pha 19

Hình 2.9: Sơ đồ DUTT 19

Hình 2.10: Sơ đồ PUTT 20

Hình 2.11: Sơ đồ POTT 20

Hình 2.12: Sơ đồ truyền tín hiệu khóa 21

Hình 2.13: Ảnh hưởng điện trở hồ quang tại điểm sự cố 22

Hình 2.14: Đặc tính tứ gi ác của bảo vệ khoảng cách 22

Hình 2.15: Ảnh hưởng của điện trở sự cố 23

Hình 2.16: Ảnh hưởng của tải đến bảo vệ khoảng cách 24

Hình 2.17: Ảnh hưởng của hỗ cảm đường dây song song 24

Hình 2.18: Ảnh hưởng hệ số phân bố dòng điện 25

Hình 2.19: Ảnh hưởng bởi tụ dọc đường dây 25

Hình 2.20: Quỹ đạo tổng trở khi có dao động điện và sự cố 26

Hình 2.21: So sánh đặc tính làm việc của bảo vệ quá dòng và khoảng cách 28

Hình 2.22: Phương thức bảo vệ cho ĐZ 110kV có truyền tin bằng cáp quang 30

Hình 2.23: Phương thức bảo vệ cho ĐZ 110kV không có truyền tin cáp quang 31

Hình 3.1: Cơ cấu tỷ trọng các thành phần phụ tải HTĐ miền Bắc 36

Hình 4.1: Minh họa phương pháp nghiên cứu 44

Hình 4.2: Các vùng của bảo vệ khoảng cách 45

Hình 4.3: Vùng 1 của bảo vệ khoảng cách tác động 47

Hình 4.4: Vùng 2 của bảo vệ khoảng cách khởi động 47

Hình 4.6: Bảo vệ khoảng cách khởi động 48

Trang 9

Hình 4.10: Các vùng của bảo vệ khoảng cách khởi động 51

Hình 4.11: Điện trở sự cố của các kịch bản 52

Hình 4.12: Số lần tác động của các bảo vệ 54

Hình 4.13: Dải điện trở sự cố các bảo vệ khoảng cách không làm việc 55

Trang 10

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU

1.1 Tí nh cấp thiết của đề tài

Hiện nay trên hệ thống điện Việt Nam, lưới điện truyền tải đóng vai trò quantrọng trong quá trình truyền tải điện năng, giúp tăng cường liên kết các lưới điệnphân phối, đảm bảo cung cấp điện an toàn, tin cậy cho phụ tải Để đảm nhiệm đượcvai trò quan trọng này, cần có sự phối hợp tốt giữa các trang thiết bị và hệ thốngrơle bảo vệ

Thực tế cho thấy phần lớn các dạng sự cố xảy ra đối với các đường dây trênkhông là sự cố ngắn mạch chạm đất 1 pha Với các sự cố có điện trở nhỏ, các rơ lebảo vệ khoảng cách, bao gồm 2 đến 3 vùng tác động có thể đảm bảo độ tin cậy vàchọn lọc tác động khi giải trừ sự cố Tuy nhiên, với các sự cố có tổng trở lớn hơn,tổng trở biểu kiến có thể nằm ngoài vùng của tất cả bảo vệ khoảng cách Khi đó sự

cố sẽ được giải trừ bằng các rơ le bảo vệ quá dòng chạm đất có hướng và vô hướng,với thời gian loại trừ sự cố lớn hơn và mức độ chọn lọc suy giảm Để giải quyết vấn

đề này cần có những nghiên cứu cụ thể để đánh giá sự làm việc của hệ thống rơ lebảo vệ trên các đường dây truyền tải đặc biệt là bảo vệ khoảng cách và bảo vệ quádòng chạm đất, từ đó đưa ra các giải pháp nhằm đảo bảo hệ thống rơ le bảo vệ làmviệc tin cậy, chọn lọc

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đề tài nghiên cứu đánh giá sự làm việc của bảo vệ khoảng cách, bảo vệ quádòng chạm đất trên lưới điện 110kV miền Bắc với các dạng sự cố ngắn mạch chạmđất qua các giá trị tổng trở khác nhau, sử dụng phần mềm PSS/E và MATLAB Nội dung của luận văn được chia làm 4 chương:

Trang 11

Chương 3: Tổng quan về HTĐ miền Bắc

Chương 4: Trình bày kết quả mô phỏng sự làm việc của bảo vệkhoảng cách và quá dòng chạm đất đối với các sự cố ngắn mạch chạmđất tổng trở cao trên lưới điện 110kV miền Bắc

Trang 12

CHƯƠNG 2: NGUYÊN LÝ CƠ BẢN VÀ PHƯƠNG THỨC

BẢO VỆ CHO ĐƯỜNG DÂY 110KV

2.1 Các nguyên lý bảo vệ cơ bản cho đường dây 110kV 2.1.1 Bảo vệ so lệch

Bảo vệ so lệch làm việc theo nguyên lý so sánh dòng điện hay nguyên lý cânbằng dòng Bảo vệ này dựa trên nguyên tắc dòng rời khỏi một đối tượng bảo vệtrong điều kiện bình thường bằng dòng đưa vào nó Bất cứ sự sai lệch nào cũng chỉthị sự cố bên trong vùng bảo vệ Các cuộn dây thứ cấp của biến dòng CT1 và CT2

có cùng tỷ số biến, được nối để có dòng điện như hình vẽ (hình 2.1) Thành phần đo

M được nối ở điểm cân bằng điện Tro ng điều kiện bình thường không có dòng điệnchạy qua thành phần đo M

Hình 2.1: Nguyên lý bảo vệ so lệch cơ bản

Đối với các sự cố xảy ra bên ngoài vùng bảo vệ và ở chế độ vận hành bìnhthường (hình 2.2), dòng điện đo được từ rơle bảo vệ là giá trị của dòng điện chênhlệch từ phía thứ cấp của các máy biến dòng điện được đấu nối theo kiểu so lệchnhau Tro ng hình vẽ này biểu diễn sự phân bố dòng điện trên mỗi pha Về trị sốdòng điện, i1 và i2 là dòng điện sơ cấp trên các đường dây đi vào hoặc đi ra khỏivùng bảo vệ, I và I là dòng điện của phía thứ cấp máy biến dòng.1 2

Trang 13

|I −I |

(với quy ước chiều dòng điện đi vào đối tượng được bảo vệ), hoặc

bằngbằng

1 2

|I 1| +| I |2Dòng so lệch Isl (làm việc) xác định theo công thức:

I =I =|I +I |=I

Trang 14

cố chạy từ hai phía Nếu dòng điện 2 này đủ lớn, bảo vệ so lệch tác động vàcắt máy cắt ở hai phía của phần tử bảo vệ

Dòng so lệch ISl (làm việc) xác định theo công thức:

I = 0

Sự cố ngắn mạch trong vùng: Với dòng chỉ một phía cao áp, khi đó

Trang 15

I =|I +I |=|I SL 1 2 1 +0|=| I |1 (2-9)

I =| I | +|I |H 1 2 =| I |1 (2-10)

Hình 2.4: Đặc tính bảo vệ so lệch theo dòng điện

Ta thấy giá trị tổng đại số dòng so lệch và dòng hãm là bằng nhau, ảnhhưởng tác động giá trị của dòng so lệch và dòng hãm tương đương nhau bằng tổngdòng điện sự cố chạy qua mỗi phía Phân tích trên cho thấy với sự cố trong vùng

I SL = IH vì vậy đường đặc tính sự cố trong vùng là đường thẳng với độ dốc bằng 1(450) trong đặc tính tác động của chức năng bảo vệ so lệch theo hình 2.4

Theo hình vẽ đường đặc tính tác động gồm 03 đoạn:

Nhánh a mô tả ngưỡng độ nhạy của bảo vệ so lệch biểu thị dòng điện khởiđộng ngưỡng thấp (IDIFF>) Nhánh này là ngưỡng tác động thấp của bảo vệ so lệch,được xác định dựa trên sai số cố định của dòng điện so lệch Tro ng trường hợp bảo

vệ so lệch cho đường dây thường chọn giá trị này là 1p.u theo khuyến cáo của hãng

Nhánh b đặc tính xem như là dòng điện tỷ lệ thuận với dòng sự cố, vớinguyên tắc khi dòng sự cố tăng thì sai số do các máy biến dòng cũng tăng lên

Nhánh này cũng được sử dụng để ngăn ngừa sự tăng lên của dòng điện so lệch trongđiều kiện làm việc bình thường

Trang 16

Nhánh c: trong dải dòng điện tăng cao làm tăng độ bão hòa từ máy biến dòngxuất hiện hiện tượng các máy biến dòng bão hòa không giống nhau vì vậy có tínhđến chức năng khóa bảo vệ

2.1.2 Bảo vệ khoảng cách

Bảo vệ khoảng cách thường được sử dụng để bảo vệ cho đường dây trongmạng điện có sơ đồ phức tạp mà vẫn đảm bảo tác động nhanh, chọn lọc và có độnhạy cao

Bảo vệ khoảng cách hoạt động dựa trên giá trị dòng điện và điện áp tại điểmđặt rơ le để xác định tổng trở sự cố Nếu giá trị tổng trở này nhỏ hơn giá trị tổng trở

đã cài đặt trong rơ le thì rơ le sẽ tác động (còn gọi là rơ le tổng trở thấp Z<)

2.1.2.1 Đặc tính làm việc và cài đặt các vùng bảo vệ

Điểm làm việc lúc bình thường và khi sự cố: về lý thuyết khi sự cố điểm làmviệc luôn rơi vào đường tổng trở đường dây, do đó có thể chỉ cần chế tạo đặc tínhtác động của rơ le là một đường thẳng trùng với đường tổng trở đường dây

Tuy nhiên do ảnh hưởng của sai số máy biến dòng điện, do sự cố có thể xảy

ra qua các tổng trở trung gian nên giá trị rơ le đo được khi sự cố có thể ở lân cậnđường tổng trở đường dây Nếu đặc tính tác động là một đường thẳng thì rơ le sẽkhông làm việc trong các trường hợp này Để khắc phục thì các nhà chế tạo thường

cố ý mở rộng đặc tính tác động về cả hai phía của đường dây, được gọi là vùng tácđộng

tác động được mở rộng

Đặc tính tác động là một đường thẳng hẹp

100%Z D

Hình 2.5: Điểm sự cố và đường đặc tính tác động

Trang 17

Có nhiều dạng đặc tính khác nhau, đối với bảo vệ đường dây thì đặc tính tứgiác hoạt động chọn lọc hơn

jX

Z D +Zpt 100%Z D

Vùng I:

▪

Bảo vệ khoảng 80-85% chiều dài đường dây AB

Không cài đặt bảo vệ 100% đường dây do nhiều yếu tố như: ảnhhưởng của sai số BU, BI, hệ số phân bố dòng điện, tính toán tổng trởdựa trên giả thuyết bỏ qua điện dung, hoán vị pha trên đường dây,…

tuy nhiên thực tế điều này không thể hoàn toàn chính xác

Tối thiểu từ 120-150% chiều dài đường dây

Bảo vệ toàn bộ chiều dài đường dây cần bảo vệ

Không được vượt quá vùng I của bảo vệ liền kề, phối hợp với đườngdây ngắn nhất kế tiếp

Vùng III:

Trang 18

▪ Bao trùm toàn bộ đường dây cần bảo vệ và đường dây dài nhất tính từthanh góp phía cuối đường dây bảo vệ Tuy nhiên không được vượtquá vùng II của các bảo vệ liền kề

▪ Có xét đến khả năng ảnh hưởng của đường dây mang nặng tải vàtrường hợp xảy ra dao động công suất

Hình 2.7: Vùng làm việc của bảo vệ khoảng cách

• Mạch vòng tính toán tổng trở: Với mỗi loại sự cố khác nhau (pha – pha, phađất) thì sử dụng các thuật toán tính toán tổng trở khác nhau:

–

▪ Sự cố pha – pha: (AB, BC, CA, ABC)

V A - V B

(2-12)

I

A - I B

k = 0 - 1

Tro ng đó k là hệ số bù thứ tự không,

1

Trang 19

Hình 2.8: Mô phỏng quỹ đạo tổng trở khi ngắn mạch 1 pha

2.1.2.2 Các phương thức liên động

Nếu không có sự liên hệ phối hợp giữa các bảo vệ ở 2 đầu đường dây thì sự

cố tại 10-15% cuối đường dây mỗi phía sẽ được loại trừ với thời gian của vùng II(trễ một khoảng ∆t), ảnh hưởng đến ổn định hệ thống điện và không đảm bảo thờigian loại trừ sự cố theo quy định Để khắc phục điều này cần có sự phối hợp liênđộng giữa các bảo vệ khoảng cách 2 đầu đường dây thông qua kênh truyền để tăngtốc độ loại trừ sự cố

a) DUTT (direct under -reach transfer trip)Đây là phương thức cắt liên động trực tiếp Khi sự cố trong vùng I rơ le sẽgửi tín hiệu cắt đến đầu đối diện, khi đó máy cắt ở đầu đối diện nhận được tín hiệu

và cắt ngay lập tức

Hình 2.9: Sơ đồ DUTT

Trang 20

b) PUTT (Permissive under-reach transfer trip)Khi sự cố nằm ở trong khoảng 10-15% còn lại tổng trở đường dây được bảo

vệ, khi đó sự cố thuộc vùng II của bảo vệ A và vùng I của bảo vệ B Máy cắt tại B

sẽ cắt tức thời (tI = 0s) đồng thời rơ le gửi tín hiệu cho phép đến rơ le tại A, khi đómáy cắt tại A sẽ cắt với thời gian nhỏ hơn ∆t

Hình 2.10: Sơ đồ PUTT

c) POTT (Permissive over-reachtransfer trip)Khi sự cố tại một điểm trên đường dây, 2 phần tử phát tín hiệu liên động ở 2đầu đều làm việc Khi đủ điều kiện cắt (khởi động và có tín hiệu cho phép) thì máycắt mới được cắt

Hình 2.11: Sơ đồ POTT

Trang 21

d) Nguồn yếu (Weak infeed)

Trường hợp đường dây được cấp nguồn từ 2 phía, một nguồn có công suấtngắn mạch nhỏ (nguồn yếu) Khi xảy ra sự cố dòng từ phía nguồn yếu có thể không

đủ lớn, làm cho rơ le phía đó sẽ không khởi động Nếu dùng sơ đồ truyền tín hiệucho phép: ta sẽ không nhận được tín hiệu cho phép từ rơ le phía nguồn yếu, do đó

sự cố không được giải trừ ngay Để tránh tình trạng đó, cần trang bị thêm chức năng

tự động gửi lại tín hiệu nhận được (echo) dù không khởi động Tại đầu nguồn khỏe

sẽ nhận được tín hiệu phản hồi (echo), do đó sẽ cắt tức thời Tại đầu nguồn yếu cóthêm chức năng phát hiện điện áp thấp

Đầu nguồn yếu sẽ cắt khi thỏa mãn các điều kiện sau:

•

Đã nhận được tín hiệu cho phép từ đầu đối diện

Rơ le điện áp thấp cho phép

Rơ le khoảng cách không khởi động

e) Sơ đồ truyền tín hiệu khóa (Blocking over-reaching scheme)

Sự cố trong vùng: hai đầu không nhận được tín hiệu khóa nên tác động tức thời

Hình 2.12: Sơ đồ truyền tín hiệu khóa

Khi ngắn mạch tại N, có thể thuộc vùng I mở rộng của rơ le A, rơ le sẽtruyền tín hiệu cắt tức thời nên gây ra tác động nhầm Rơ le B sẽ phát hiện sự cốthuộc vùng ngược, nên sẽ truyền tín hiệu khóa cho rơ le A, máy cắt A sẽ không cắttức thời mà bảo vệ đường dây liền kề cắt nhanh sự cố

Các sơ đồ liên động thường sử dụng kênh tải ba (PLC) để truyền tín hiệu

2.1.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến bảo vệ khoảng cách

a) Ảnh hưởng của điện trở hồ quang tại điểm sự cố

Trang 22

Tro ng thực tế rất hay xảy ra trường hợp ngắn mạch xuất hiện hồ quang trênđường dây truyền tải, dẫn đến phép đo tổng trở không còn chính xác nữa, làm sailệch khi xác định vị trí sự cố trên đường dây

R

Điểm làm việc khi sự cố

R

Rhq > 0 Rhq = 0

Hình 2.13: Ảnh hưởng điện trở hồ quang tại điểm sự cố

Giải pháp cho trường hợp này được nhiều hãng rơ le áp dụng là sử dụng đặctính tứ giác có miền tác động mở rộng về phía trục R

R Rhq > 0

Hình 2.14: Đặc tính tứ giác của bảo vệ khoảng cách

b) Ảnh hưởng của điện trở sự cố

Tro ng thực tế nhiều trường hợp sự cố ngắn mạch thông qua điện trở trunggian, khi đó giá trị tổng trở đo được bị sai lệch, đặc biệt trường hợp có nhiều nguồncấp đến làm cho tổng trở sai cả về R và X

Trang 23

I F1





Khi đó, tổng trở đo được là Z apparent = Z d + R 1 + F , dẫn đến định vị sự

cố bị sai, bảo vệ khoảng cách không phát hiện được mặc dù sự cố trong vùng bảo vệ

c) Ảnh hưởng của tải

Trên mặt phẳng tổng trở, vùng tải được mở rộng hay co hẹp tùy thuộc theo

hệ số công suất của tải Tro ng trường hợp đường dây dài và mang tải nặng, vùng tải

có thể chồng lấn vào đặc tính tác động của bảo vệ khoảng cách Việc chồng lấn tảiảnh hưởng đến vùng 3 của bảo vệ khoảng cách

Giả sử công suất truyền tải từ đầu i đến j trên đường dây Tổng trở đo được là:

Tổng trở đo được tỷ lệ với bình phương điện áp, điện áp giảm tới 0,9 pu thìtổng trở giảm 0,81 pu

Tổng trở đo được tỷ lệ nghịch với công suất chạy trên đường dây: công suấttruyền tải tăng gấp đôi thì tổng trở giảm 50% → giá trị tổng trở đo được có thể rơivào vùng 3 của bảo vệ khoảng cách

Giải pháp trong trường hợp này là vùng 3 mở rộng có giới hạn bằng cách sửdụng các đặc tính có loại bỏ vùng tải

Trang 24

Hình 2.16: Ảnh hưởng của tải đến bảo vệ khoảng cách

d) Ảnh hưởng hỗ cảm trên đường dây

Xét đường dây song song như hình 2.17:

Hình 2.17: Ảnh hưởng của hỗ cảm đường dây song song

Tổng trở đo được từ vị trí đặt rơ le Z1 là:

Z 0M. x x

Trang 25

Ta thấy Zapparent> Zthực, để bảo vệ làm việc đúng cần mở rộng vùng tác động

e) Ảnh hưởng của hệ số phân bố dòng điện

I

A + I

Xét sơ đồ như hình vẽ bên dưới, tổng trở đo được Z apparent = Z A + I A B Z C ;

Z thuc = Z + Z ;→ Z  Z thuc , cần phải mở rộng vùng tác động của Rơ le, điều

Hình 2.18: Ảnh hưởng hệ số phân bố dòng điện

f) Ảnh hưởng của tụ bù dọc trên đường dây

Trên các đường dây dài siêu cao áp, thường mắc nối tiếp vào đường dây các

bộ tụ điện được gọi là các tụ bù dọc Các bộ tụ này làm giảm kháng trở của đườngdây, tăng giới hạn truyền tải công suất theo điều kiện ổn định của hệ thống, giảmtổn thất và cải thiện phân bố điện áp dọc theo chiều dài đường dây trong những chế

độ truyền tải công suất khác nhau

Hình 2.19: Ảnh hưởng bởi tụ dọc đường dây

Rơ le khoảng cách RZ1 đặt ở đầu A không thể “nhì n thấy” ngắn mạch tại N1sau bộ tụ XCA, và cả ở một phần đường dây gần đó vì tổng trở của tụ và phần đường

Trang 26

dây này nằm phía “sau lưng” nằm ngoài vùng tác động của rơle khoảng cách RZ1.Ngược lại rơ le khoảng cách RZ3 làm nhiệm vụ bảo vệ đoạn đường dây trước đó cóthể phản ứng sai, tác động mất chọn lọc vì điểm N1 lại rơi vào miền tác động của

RZ3 Để ngăn chặn tác động sai trong trường hợp này có thể dùng phương pháp nốitắt bộ tụ khi xảy ra ngắn mạch và cho vùng 1 của rơ le khoảng cách tác động có trễ

g) Ảnh hưởng bởi dao động điện

Khi xảy ra những biến động lớn về công suất trong hệ thống điện, các véc tơsức điện động có thể có tốc độ quay khác nhau và khác với tốc độ đồng bộ gây nênhiện tượng dao động của dòng điện và điện áp trong hệ thống điện gọi là dao độngđiện (Power Swings) Khi xảy ra hiện tượng này, giá trị tổng trở đo được tại đầu cựcmáy phát có thể rơi vào vùng tác động và rơ le sẽ tác động một cách chưa cần thiết

Để ngăn chặn trường hợp này cần có phần tử phát hiện dao động điện và khóa rơ lekhông tác động nhầm gọi là chức năng khóa khi có dao động điện (Power Swi ngBlock - PSB)

Để phát hiện hiện tượng này thì nguyên lý cơ bản là dựa trên tốc độ biến

thiên tổng trở dZ/dt.

Hình 2.20: Quỹ đạo tổng trở khi có dao động điện và sự cố

Khi hiện tượng dao động điện được phát hiện thì rơ le sẽ bị khóa, do đó cần

có phương pháp đảm bảo phát hiện chính xác, tránh khóa bảo vệ một cách khôngcần thiết Rơ le 7SA522 sử dụng cơ chế giám sát sau đây để đảm bảo xác định đúnghiện tượng dao động điện:

• Khi xảy ra dao động điện thì quỹ đạo biến thiên tiến triển đều, các giá trị ΔR

và ΔX đo được thường không thay đổi về dấu tuy nhiên khi sự cố xảy ra thìcác đại lượng này có thể xảy hiện tượng đổi dấu

Trang 27

• Giám sát tính liên tục của tổng trở đo được: với dao động điện thì giá trịtổng trở biến thiên đều, khi sự cố xảy ra thì tổng trở ngay lập tức đạt tới giátrị tổng trở sự cố và hầu như không thay đổi tiếp sau đó

• Giám sát tính đồng nhất của quỹ đạo: với dao động điện mức độ biến thiêncủa ΔR và ΔX sau mỗi lần đo thường không vượt quá một ngưỡng cho phép,với sự cố thì các giá trị này biến thiên đột ngột

2.1.3 Bảo vệ quá dòng chạm đất

Quá dòng điện là hiện tượng khi dòng điện chạy qua phần tử của hệ thốngđiện vượt quá trị số dòng điện tải lâu dài cho phép Đối với một số cấu hình lướiđiện phức tạp như mạch vòng, mạch hình tia có nhiều nguồn cung cấp , bảo vệ quádòng điện với thời gian làm việc chọn theo nguyên tắc bậc thang không đảm bảođược tính chọn lọc hoặc thời gian tác động của các bảo vệ gần nguồn quá lớn khôngcho phép Để khắc phục người ta dùng bảo vệ quá dòng có hướng Bảo vệ quá dòngchạm đất vô hướng (51N) và có hướng (67N) đều làm việc dựa vào dòng điện thứ

tự không ( TTK) Tro ng điều kiện vận hành bình thường, hệ thống điện 3 pha cânbằng không có dòng TTK Khi tải ở các pha không bằng nhau hay hoán vị pha trênđường dây truyền tải không đồng nhất, ảnh hưởng bởi hỗ cảm của thành phần TTKtrên đường dây, đóng cắt đường dây… cho nên luôn có giá trị nhỏ dòng TTK lúclàm việc bình thường Khi xảy ra sự cố ngắn mạch chạm đất thì dòng TTK tăng vọt,lớn hơn rất nhiều nên các bảo vệ làm việc dựa vào dòng điện TTK dễ dàng tác động

để loại bỏ sự cố

Bảo vệ quá dòng chạm đất thường dùng làm bảo vệ dự phòng cho bảo vệkhoảng cách, trong nhiều trường hợp cụ thể, bảo vệ quá dòng đạt được độ nhạy caođối với sự cố chạm đất khi mà bảo vệ khoảng cách không làm việc, đặc biệt do sự

cố ngắn mạch qua điện trở lớn tại vị trí chạm đất

Đối với rơ le cơ, cần cài đặt giá trị khởi động cao hơn giá trị dòng TTK xuấthiện ở chế độ làm việc bình thường (tải không cân bằng, hoán vị pha không giốngnhau…) Đối với rơ le số thì có phần tử khóa khi phần trăm giá trị dòng điện TTK

Trang 28

chia dòng TTT nhỏ hơn giá trị cài đặt Một khi xảy ra sự cố thì phần trăm đó lớn lênrất nhiều, khi đó bảo vệ quá dòng chạm đất hoàn toàn đủ độ nhạy để làm việc

2.2 So sánh bảo vệ quá dòng chạm đất và bảo vệ khoảng cách

Cả bảo vệ quá dòng chạm đất và khoảng cách là những bảo vệ thường được

sử dụng để phát hiện sự cố chạm đất trên lưới truyền tải Mỗi loại đều có những ưu

và nhược điểm riêng

Vùng tác động của bảo vệ khoảng cách không phụ thuộc vào sự thay đổitổng trở nguồn Ngược lại, bảo vệ quá dòng chạm đất phụ thuộc rất nhiều, khó khăncho việc chỉnh định cũng như phối hợp với bảo vệ đường dây phía trên và phía dướitrong các điều kiện làm việc khác nhau của hệ thống

Mặt phẳng tổng trở R-X bên dưới miêu tả đáp ứng khác nhau của các loạibảo vệ với giới hạn tổng trở sự cố khác nhau Bảo vệ làm việc khi tổng trở biểu kiếnrơi vào vùng làm việc tương ứng

Vùng làm việc của bảo vệ quá dòng thường lớn hơn giới hạn bởi giá trị dòngkhởi động thường cài đặt nhỏ hơn dòng ngắn mạch nhỏ nhất trong vùng bảo vệ Do

đó, bảo vệ quá dòng cho phép phát hiện các sự cố ở các đường dây lân cận, trongkhi vùng làm việc của bảo vệ khoảng cách bị giới hạn (vùng 1 chỉ là 80-85% chiềudài đường dây)

jX

Đặc tính MHO Đặc tính

đa giác L3

Đặc tính BVQD L2

L1

R

Hình 2.21: So sánh đặc tính làm việc của bảo vệ quá dòng và khoảng cách

Trang 29

2.3 Phương thức bảo vệ cho đường dây 110kV

Đối với các đường dây 110kV khi xây dựng mới hiện nay đều sử dụng kênhtruyền bằng cáp quang nên việc phối hợp làm việc các rơle bảo vệ trở nên dễ dànghơn, đặc biệt đối với bảo vệ so lệch và phối hợp liên động các bảo vệ khoảng cách

Tuy nhiên do tồn tại của lịch sử nên hiện nay trên HTĐ miền Bắc vẫn còn khá nhiềuđường dây 110kV chưa được trang bị kênh truyền cho các rơ le bảo vệ trên đườngdây Vì vậy vẫn còn nhiều đường dây 110kV không có bảo vệ so lệch hoặc đườngdây 110kV chỉ được trang bị bảo vệ khoảng cách không có truyền tin

Phương thức bảo vệ cơ bản cho đường dây 110kV được quy định cụ thểtrong Quyết định số 2896/QĐ-EVN-KTLĐ-TĐ ngày 10/10/2003 của Tập ĐoànĐiện lực Việt Nam như sau:

2.3.1 Cấu hình hệ thống rơ le bảo vệ cho đường dây trên không hoặc cáp ngầm 110kV có truyền tin bằng cáp quang

• Bảo vệ chính được tích hợp các chức năng bảo vệ:

826557258

7L: Chức năng so lệch đường dây1/21N: Chức năng khoảng cách7/67N: Chức năng quá dòng có hướng0/51: Chức năng quá dòng cắt nhanh và quá dòng có thời gian0N/51N: Chức năng quá dòng cắt nhanh và quá dòng TTK có thời gian9/25: Chức năng tự đóng lại/kiểm tra đồng bộ

7/59: Chức năng thấp áp/quá áp0BF: Chức năng chống hư hỏng máy cắt

5, 74: Kênh truyền và giám sát mạch cắt

• Bảo vệ dự phòng tích hợp các chức năng: 67/67N, 50/51, 50N/51N, 79/25,7/59, 50BF, 85, 74

Các chức năng 50BF, 79/25, 27/59 không cần phải dự phòng, có thể được2

tích hợp ở một trong hai bộ bảo vệ nêu trên

Bảo vệ so lệch truyền tín hiệu phối hợp với đầu đối diện thông qua kênhtruyền bằng cáp quang

Trang 30

Hình 2.22: Phương thức bảo vệ cho ĐZ 110kV có truyền tin bằng cáp quang

2.3.2 Cấu hình hệ thống rơ le bảo vệ cho đường dây trên không 110kV không

có truyền tin bằng cáp quang

• Bảo vệ chính được tích hợp các chức năng bảo vệ:

26557258

1/21N: Chức năng khoảng cách7/67N: Chức năng quá dòng có hướng0/51: Chức năng quá dòng cắt nhanh và quá dòng có thời gian0N/51N: Chức năng quá dòng cắt nhanh và quá dòng TTK có thời gian9/25: Chức năng tự đóng lại/kiểm tra đồng bộ

7/59: Chức năng thấp áp/quá áp0BF: Chức năng chống hư hỏng máy cắt

5, 74: Kênh truyền và giám sát mạch cắt

• Bảo vệ dự phòng được tích hợp các chức năng bảo vệ: 67/67N, 50/51,0/51N, 79/25, 27/59, 85, 74

Các chức năng 50BF, 79/25, 27/59 không cần phải dự phòng, có thể được5

tích hợp ở một trong hai bộ bảo vệ nêu trên

Trang 31

Bảo vệ khoảng cách hai đầu đường dây được phối hợp với nhau thông quakênh truyền tải ba

Hình 2.23: Phương thức bảo vệ cho ĐZ 110kV không có truyền tin cáp quang

Trang 32

CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐIỆN MIỀN BẮC

.1 Nguồn điện

3Nguồn điện của HTĐ miền Bắc hiện nay có tổng công suất đặt khoảng23000MW bao gồm các nguồn chính: thủy điện, nhiệt điện than, thủy điện nhỏtrong đó:

Nguồn Thủy điện: có công suất đặt khoảng 9200MW chiếm 42% Các nguồn

thủy điện chủ yếu tập trung ở khu vực Tây Bắc nơi có những dòng sông lớn đi quanhư: TĐ Hòa Bình 1920MW, TĐ Sơn La 2400MW, TĐ Lai Châu 1200MW, TĐHuội Quảng 520MW, TĐ Tuyên Quang 342MW và một số nhà máy ở khu vựcBắc Trung Bộ như: TĐ Khe Bố 200MW, TĐ Bản Vẽ 320MW, TĐ Cửa Đạt 97MW,

TĐ Bá Thước 60MW, TĐ Hủa Na 180MW, TĐ Trung Sơn 260MW,… Loại hìnhthủy điện có vai trò quan trọng trong vận hành, có nhiệm vụ điều tần, nhà máy khởiđộng đen HTĐ Tổng công suất thủy điện miền Bắc chiếm tỷ trọng tương đối lớn,đáp ứng tốt đỉnh phụ tải, thay đổi chế độ làm việc linh hoạt, đảm bảo an toàn HTĐ,nâng cao hiệu quả vận hành kinh tế HTĐ miền Tuy nhiên nhược điểm của thủyđiện là nguồn năng lượng sơ cấp phụ thuộc vào tình hình thủy văn dẫn tới khó khăntrong công tác huy động nguồn

Nguồn Nhiệt điện: có tổng công suất khoảng 11300MW chiếm 50% Các

nguồn nhiệt điện tập trung yếu ở khu vực Đông Bắc gần nguồn nhiên liệu sơ cấp,nơi tập trung các mỏ than có trữ lượng lớn Trong đó có 1 số nhà máy lớn như: NĐMông Dương 1 và Mông Dương 2 2240MW, NĐ Quảng Ninh 1200MW, NĐ HảiPhòng 1200MW, NĐ Phả Lại 1040MW… Và một số nhà máy nhiệt điện tại khuvực Bắc Trung bộ như: NĐ Vũng Áng 1200MW, NĐ Nghi Sơn 600MW Các nhàmáy nhiệt điện có ưu điểm là có công suất đặt và khả dụng lớn, nâng cao tính ổnđịnh của hệ thống, có thể hỗ trợ thủy điện trong mùa khô Nhược điểm của các tổmáy nhiệt điện là khả năng điều chỉnh kém, một số tổ máy có công suất lớn(600MW) khả năng xảy ra sự cố cao có thể gây nguy hiểm cho HTĐ như NĐ MôngDương 1, Mông Dương 2, NĐ Vũng Áng

Trang 33

Nguồn Thủy điện nhỏ: có tổng công suất khoảng 1700 MW chiếm 8% trong

đó nguồn do Tr ung tâm Điều độ HTĐ miền Bắc nắm quyền điều khiển: 1300 MW;

nguồn do các Công ty Điện lực Tỉnh nắm quyền điều khiển: 400 MW Thủy điệnnhỏ tập trung chủ yếu ở khu vực nhiều sông suối nhỏ, các khu vực như Lào Cai, HàGiang, Sơn La, Điện Biên, Yên Bái, Nghệ An Đặc điểm của các nhà máy thủy điệnnhỏ là có công suất định mức thấp, không có hồ chứa hoặc hồ chứa nhỏ điều tiếttheo ngày nên chủ yếu phát điện vào một khoảng thời gian nhất định trong ngày(thường là vào cao điểm) và vận hành theo biểu giá chi phí tránh được

Nguồn mua điện Trung Quốc: hiện nay mua điện qua ĐZ 220kV mạch kép

Guman - Lào Cai và ĐZ mạch đơn Malutang - Hà Giang sản lượng ký hợp đồng1

4

,5tỷ kWh/1 năm, công suất tối đa cả 2 đường là 800MW (Guman – Lào Cai:

50MW, Malutang – Hà Giang: 350MW), cấp điện độc lập cho phụ tải các tỉnh LàoCai và Thái Nguyên:

+ ĐZ 220kV Guman – Lào Cai cấp điện qua thanh cái C11 trạm 220kV LàoCai (E20.3) và thanh cái C11 trạm 220kV Bảo Thắng (E20.23) để cấp điện cho phụtải các trạm 110kV Tằng Loỏng 2, Gang thép Lào Cai, Tằng Loỏng 3 và các MBAT1, T2 trạm 110kV Tằng Loỏng 1 (tổng công suất giới hạn là 450MW)

+ ĐZ 220kV Malutang – Hà Giang cấp điện cho T3, T4 E6.2 Thái Nguyên,T1 E6.4 Thịnh Đán, T1 E6.5 Lưu Xá và T2 E6.8 XM Thái Nguyên (tổng công suấtgiới hạn 350MW)

Nguồn trao đổi với hệ thống: HTĐ miền Bắc trao đổi với HTĐ Quốc gia,

HTĐ miền Trung qua 2 mạch ĐZ 500kV liên kết Hà Tĩnh – Đà Nẵng, Vũng Áng –

Đà Nẵng và 2 mạch ĐZ 220kV Formosa – Ba Đồn, NĐ Vũng Áng – Đồng Hới vớigiới hạn truyền tải để đảm bảo điều kiện ổn định là: 2000-2200MW

Hiện nay ở miền Bắc trữ năng để xây thêm nguồn thủy điện lớn là khôngcòn, định hướng phát triển tương lai sẽ xây dựng thêm các nhà máy nhiệt điện than

có công suất lớn để đáp ứng nhu cầu tăng trưởng rất nhanh của phụ tải

Trang 34

Amax ngày của HTĐ miền Bắc đạt 325.6 triệu kWh (NPC: 242 tr.kWh, HN:

83.6 tr.kWh) ngày 05/07/2018, tăng 16.9 % so với năm 2017 Tăng trưởng sảnlượng điện năng tiêu thụ HTĐ miền Bắc từng tháng chi tiết trong bảng 3.2

Bảng 3.1: Tăng trưởng công suất HTĐ miền Bắc năm 2018 so với năm 2017

11301 11006 11045 11138 11055 12977 12749 12795 11974 12510 12927 12973

12971 14.8% 8548

8252 8361 8327 8208 9232 9206 9558 8949 9525 9875 9916

9895 9477 9156 9446 9747 10659 11189 9893 9901 9945 10630 10768

15.8% 2991

2790 2745 2811 2847 3745 3543 3340 3075 3038 3138 3071

3143 3019 2875 2930 3322 3639 4181 3290 3332 3465 3727 3791

5.1%

12496 11983 12236 13067 14298 15358 13100 13051 13410 14357 14559

2 168.5 210.1 24.7% 131.8 165.6 25.7% 36.7 44.5 21.2%

176.3 184.1 4.4% 138.3 144.5 4.5% 38.0 39.6 4.2%

Trang 35

3 4 5 6 7 8 9

191.4 197.3 211.7 235.6 226.1 238.8 233.2 212.8 208.3 205.9

210.6 216.8 250.8 266.9 260.2 254.1 250.3 245.4 236.8 232.5

10.0%

9.9%

144.5 150.5 164.3 173.0 173.4 182.7 173.6 166.5 159.4 163.5

166.7 171.9 193.2 206.0 200.3 196.9 194.5 192.0 187.3 184.6

43.9 44.9 57.6 60.9 59.9 57.2 55.8 53.4 49.6 47.9

Nhu cầu phụ tải tại một số Công ty Điện lực tăng nhanh như Tuyên Quang(37.2%), Vĩnh Phúc (34.8%), Yên Bái (33.8%), Thanh Hóa (32.2%), Lào Cai(27.8%), Hà Nam (25.7%),… chi tiết trong bảng 3.3

Bảng 3.3: Nhu cầu phụ tải các Công ty Điện lực năm 2018 so với năm 2017

Phụ tải ngày max 2017 Phụ tải ngày max 2018 Tốc độ phát triển (% )

(05/06/2017) (05/07/2018)

Đơn vị

Pmax (MW) (MWh)Angày (MW)Pmax (MWh)Angày Công suấtPmax Sản lượngAngày HTĐ1

NPC B1

13,250.3 9,350.4 3,900.2 859.0

280,379.4 201,984.9 79,136.5 18,317.7 15,706.7 6,859.6

15,358.1 11,189.2 4,181.0 1,020.0 913.4

324,060.2 241,400.2 82,660.0 20,871.3 19,048.5 7,791.6

B3

391.8 7,854.4 458.6 9,393.3 B4 373.4 7,768.2 427.2 9,285.6 B5 690.6 14,349.3

14,442.6 9,489.1

777.2 16,089.3

16,191.6 11,831.0

B9 B11 637.2423.0 13,305.08,349.8 843.1482.0 17,173.59,700.2 32.3%13.9% 29.1%16.2%

B12 B13 B14 B15 B16

118.2 111.3 117.4 517.5 75.9

2,624.6 2,483.5 2,629.3 10,740.6 1,409.6

158.2 115.7 161.1 597.5 86.2

3,042.4 2,657.2 3,501.4 12,528.6 1,603.1

Trang 36

B17 B18 B19 B20 B21 B22 B24 B25 B26 B27 B28 B29

102.0 172.2 182.5 338.0 38.4

1,657.3 4,291.3 3,163.6 6,450.8 764.3

103.2 202.4 159.2 432.0 47.4

1,710.9 3,897.0 3,376.2 7,672.2 858.7

80.9 1,566.6

10,189.9 11,183.1 771.1

385.5 421.8 36.9

484.5 568.4 42.8 905.0

616.0 32.0

18,841.2 11,858.2 561.5

1,077.0 751.0 33.0

23,435.3 15,512.2 518.5

Tỷ trọng các thành phần phụ tải: phụ tải công nghiệp – dịch vụ chiếm tỷtrọng lớn nhất (57 %) và có xu hướng ngày càng tăng, nhu cầu tiêu thụ tương đối ổnđịnh Phụ tải quản lý và tiêu dùng dân cư (35%) có xu hướng giảm tuy nhiên vẫnchiếm một tỷ trọng khá lớn, đây là phụ tải thay đổi theo các giờ trong ngày, cácngày trong tuần, thay đổi theo mùa, nhạy cảm với sự thay đổi của thời tiết gây ảnhhưởng lớn đến hình dáng của đồ thị phụ tải và gây khó khăn cho công tác dự báocũng như vận hành HTĐ

1%

4%

Công Sinh hoạt

5%

nghiệp &

Xây dựng 7%

3

5

Hình 3.1: Cơ cấu tỷ trọng các thành phần phụ tải HTĐ miền Bắc

Phụ tải HTĐ miền Bắc phân bố không đồng đều, chia thành 04 khu vực:

Trang 37

Tr ung tâm phụ tải lớn như Hà Nội chiếm khoảng 27% phụ tải cả miền Bắc(Pmax = 4181MW, Amax = 83.6 triệu kWh ngày 05/07/2018), ảnh hưởng nhiều bởiphụ tải sinh hoạt

Cụm phụ tải khu vực Đông Bắc: bao gồm phụ tải các tỉnh Hải Phòng1020MW, Hải Dương 900MW, Quảng Ninh 750MW, Hưng Yên 750MW, BắcGiang 550MW, Bắc Ninh 1080MW, Thái Bình 450MW, Nam Định 450MW với

≈ 5800MW với phụ tải công nghiệp chiếm tỉ trọng lớn Tuy phụ tải công

∑P

max

nghiệp ít biến động nhưng phân bố tập trung tạo ra các điểm nóng phụ tải, tạo sức

ép lên lưới điện truyền tải khu vực Hơn nữa, tính chất của các phụ tải công nghiệpquan trọng yêu cầu chất lượng điện năng cao gây khó khăn cho công tác tính toánlập phương thức vận hành và vận hành HTĐ thời gian thực

Phụ tải khu vực Bắc Trung Bộ: bao gồm phụ tải các tỉnh Thanh Hoá(850MW), Nghệ An (550MW), Hà Tĩnh (200MW) ∑Pmax ≈1600MW phụ tải chủyếu là sinh hoạt, dân cư tiêu dùng

Phụ tải khu vực Tây Bắc: bao gồm phụ tải các tỉnh Sơn La, Lai Châu, ĐiệnBiên, Lào Cai, Hà Giang là khu vực tập trung nhiều nhà máy thủy điện nhỏ, trongkhi phụ tải tiêu thụ ít (∑P ≈650MW) các MBA 220kV khu vực thường đẩy ngượccông suất từ phía 110kV lên 220kV vào thấp điểm đêm điện áp khu vực tăng lêncao 122-123 kV như Nậm Củn, Ngòi Xan, Nậm Tha

Phụ tải sinh hoạt của HTĐ miền Bắc chiếm tỷ lệ cao (34.9 %) nên ảnh hưởnglớn đến tổng phụ tải của toàn miền, đặc điểm của loại hình phụ tải này phụ thuộcvào khí hậu cũng như tập quán sinh hoat của người dân Miền Bắc lại có khí hậunhiêt đới gió mùa phân hóa thành 2 mùa rõ rệt là mùa hè và mùa đông, do đó đồ thịphụ tải ngày điển hình của mùa hè và mùa đông của HTĐ miền bắc cũng có sự phânhóa rõ rệt

Vào mùa hè, đây là thời kỳ có tiết nắng nóng nhất trong năm, vào thời điểmnắng nóng nhu cầu sử dụng các thiết bị làm mát tăng mạnh Biểu đồ phụ tải xuấthiện 3 cao điểm (cao điểm sáng 10 – 11h, cao điểm chiều: 14 – 15h, cao điểm tối:

21 – 22h, thấp điểm đêm: 2 – 5h) Trong đó cao điểm sáng và cao điểm tối tương

Trang 38

nhau về công suất, cao điểm chiều thường lớn nhất và lớn nhất trong cả năm vàomùa hè

Vào mùa đông cao điểm chiều thường (18h) cao hơn nhiều so với cao điểmsáng, đồ thị có dạng đỉnh nhọn vào cao điểm chiều (18h), chênh lệch công suấttrước và sau cao điểm lên đến 1500MW Tro ng khi phụ tải điển hình mùa hè phụ tảitiêu thụ cao từ trước cao điểm sáng 9h -22h đêm, phụ tải lúc 18h còn thấp hơn cácgiờ lân cận

Phụ tải HTĐ miền Bắc biến động mạnh, chênh lệch công suất giữa cao điểm

và thấp điểm lớn, gây khó khăn cho công tác huy động nguồn, công tác điều chỉnhtần số và điện áp

Vào giữa mùa hè công suất và sản lượng ngày cao trong khi mực nước tạicác hồ thủy điện giảm thấp, phải huy động cao nguồn nhiệt điện trong khi khả năngđiều chỉnh của nguồn nhiệt điện kém và xác suất xảy ra sự cố lớn do huy động nhiệtđiện cao trong thời gian dài

3.3 Lưới điện a) Lưới điện 220kV

Tính đến tháng 9/2018 HTĐ miền Bắc có: 54 TBA 220kV, với 102 MBA220kV có tổng dung lượng khoảng 22000MVA, các ĐZ 220kV với tổng chiều dàikhoảng 7000km

Phần lớn các TBA 220kV có kết dây cơ bản, tại các trạm điện có sơ đồ 2thanh cái hoặc sơ đồ 2 thanh cái có thanh cái vòng các máy cắt số chẵn nối vàothanh cái số chẵn, các máy cắt số lẻ nối vào thanh cái số lẻ, máy cắt làm nhiệm vụliên lạc thường xuyên đóng Một số trường hợp kết dây khác cơ bản như: tại TBA220kV Lào Cai, Bảo Thắng, Hà Giang, Thái Nguyên phục vụ mua điện Trung Quốc(trong thời gian mua điện TQ); tại TBA 220kV Hà Đông, Chèm phục vụ giảm tải

ĐZ Hòa Bình – Hà Đông; tại TBA 220kV Việt Trì phục vụ giảm tải ĐZ Sơn La –Việt Trì

Do đặc điểm của nguồn điện: nhiệt điện tập trung chủ yếu khu vực ĐôngBắc, thủy điện lớn khu vực Tây Bắc, phụ tải phân bố tập trung tại trung tâm Đồng

Trang 39

bằng Sông Hồng (Hà Nội, Hải Phòng, Quảng Ninh, Hải Dương, Bắc Ninh, HưngYên…) cùng với việc huy động nguồn có tính chất theo mùa trong năm nên ảnhhưởng nhiều đến trào lưu công suất trên các đường dây liên kết 220kV:

Vào mùa lũ khi huy động thủy điện phát cao (6800-8300MW), nhiệt điệnĐông Bắc phát thấp (3200 – 3500MW) dẫn đến một số đường dây 220kV khu vựcmang tải cao như ĐZ Hòa Bình – Hà Đông, Hoà Bình – Chèm, Hoà Bình Sơn Tây,Hoà Bình – Xuân Mai, Nho Quan – Phủ lý, Việt Trì – Sơn La Một số MBA 220kVtải cao hoặc quá tải như: AT1 Than Uyên; AT1 , AT2 Lào Cai, Vào giờ thấp điểmcác nhà máy thủy điện nhỏ vẫn phát công suất hơn nữa khả năng hút vô công kémdẫn đến điện áp cao tại một số TBA 220kV như Lào Cai, Bảo Lâm, Nho Quế

Vào mùa khô, thủy điện phát thấp, nhiệt điện đông bắc phát cao 7000MW) một số ĐZ 220kV thường xuyên mang tải cao như ĐZ Thường Tín – HàĐông, Đồng Hòa – Thái Bình, Phả Lại 2 – Bắc Ninh

(6500-Vào cuối mùa khô đầu mùa lũ cũng là thời điểm nắng nóng và phụ tải tăngcao đột biến lớn nhất trong năm dẫn đến các MBA 500 kV thường xuyên vận hànhtải cao hoặc đầy tải: AT1 , AT2 T500 Thường Tín; AT1 , AT2 T500 Hiệp Hòa; AT1,

AT2 T500 Phố Nối Một số MBA 220kV thường xuyên đầy và quá tải do phụ tảităng cao: AT1 , AT2 Phố Nối; AT1 , AT2 Phủ Lý; AT1 , AT2 Đồng Hòa; AT4 Tây

Hà Nội; AT1 Sơn Tây, Hiện tại để đáp ứng nhu cầu của phụ tải ngày càng tăng ứng với các phươngthức huy động nguồn khác nhau, Trung tâm Điều độ HTĐ miền Bắc đã tính toán đề

ra các điểm mở vòng khác kết dây khác cơ bản tuy nhiên việc mở vò ng gây mất antoàn vận hành cho hệ thống điện

Hiện tại lưới điện 220kV HTĐ miền Bắc vẫn còn liên kết yếu: khu vực CaoBằng, Bảo Lâm, Nho Quế chỉ liên kết với hệ thống qua ĐZ 273 Cao Bằng – 271Bắc Kạn gây mất an toàn trong trường hợp sự cố ĐZ 220kV liên kết mang tải lớn

b) Lưới điện 110kV

Lưới điện 110kV HTĐ miền Bắc có nhiệm vụ chính là nhận công suất từ cácTBA 220kV, các nhà máy nối lưới 110 kV, qua các MBA 110kV cung cấp cho phụtải Tính đến tháng 9/2018 trên HTĐ miền Bắc có: 341 TBA 110kV, 621 MBA

Trang 40

11

10kV (bao gồm cả các MBA 110kV của TBA 220kV), tổng công suất các MBA10kV khoảng 27000MVA

Các dạng sơ đồ cơ bản trạm 110kV hiện có: sơ đồ 2 thanh cái, sơ đồ 1 thanhcái có phân đoạn, sơ đồ 1 thanh cái có thanh cái vò ng, sơ đồ cầu

Hiện nay trên lưới điện 110kV còn nhiều trạm 110kV đang vận hành với sơ

đồ nhất thứ không đầy đủ (thiếu máy cắt, dao cách ly, TU, TI) và đường dây đấu nốichữ T Các khiếm khuyết này đã gây ra nhiều hạn chế và khó khăn trong công tácđiều độ vận hành hệ thống điện, đặc biệt trong quá trình thao tác và xử lý sự cố

Kết dây lưới điện 110kV HTĐ miền Bắc đa số là kết dây cơ bản, tại các trạmđiện có sơ đồ 2 thanh cái hoặc sơ đồ 2 thanh cái có thanh cái vò ng 1 thanh cái phânđoạn, các máy cắt số chẵn nối vào thanh cái số chẵn, các máy cắt số lẻ nối vàothanh cái số lẻ, máy cắt làm nhiệm vụ liên lạc thường xuyên đóng Trừ một sốtrường hợp đặc biệt phải vận hành kết dây khác cơ bản

Do đặc điểm kết lưới, sự tăng trưởng của phụ tải hiện nay một số ĐZ thườngxuyên vận hành trong trạng thái mang tải cao, đầy tải như: ĐZ 175 E9.2 Ba chè, ĐZ

174 E27.6 Bắc Ninh 220 kV, ĐZ 174 E27.10 Bắc Ninh2 220 kV, ĐZ 173 A40 TĐThác Bà, ĐZ 172 E24.4 Phủ Lý 22 0kV, ĐZ 176 E3.7 Nam Định 22 0kV, ĐZ 177,

78 E2.1 Đồng Hòa … đã phải chuyển tải sang khu vực khác hoặc mở vò ng hệ1

thống để điều chỉnh trào lưu công suất hoặc huy động các nhà máy điều chỉnh côngsuất để hỗ trợ

Các ĐZ khu vực mang tải cao do tập trung nhiều nhà máy thủy điện thườngđầy tải trong mùa lũ khi các nhà mát phát cao, có trường hợp phải cắt mở vò ng đểtránh quá tải như máy cắt 171 E29.5 Than Uyên 220kV, 112 A29.16 TĐ Nậm Na 3

Khu vực Lào Cai, Sơn La, Điện Biên, Hà Giang tập trung nhiều thủy điện nhỏ, khảnăng tiêu thụ vô công kém dẫn đến giờ thấp điểm điện áp tăng cao như tại A21.11

TĐ Trung Thu, A20.21 TĐ Nậm Pung, A20.47 TĐ Nậm Toóng …Khu vực Lào Cai và Thái Nguyên mua điện Tr ung Quốc vận hành độc lậpvới nhau và vận hành độc lập với lưới điện Việt Nam Vào cuối mùa khô một sốngày nước về nhiều trong khi MBA 220kV AT1 Bảo Thắng nhận điện Trung Quốcdẫn đến quá tải một số ĐZ 110kV

Tiêu đề	Nghiên Cứu Đảm Bảo Độ Chọn Lọc Của Rơ Le Bảo Vệ Với Các Sự Cố Chạm Đất Tổng Trở Cao Trên Hệ Thống Điện Miền Bắc
Tác giả	Lưu Công Đăng
Người hướng dẫn	TS. Nguyễn Đức Huy
Trường học	Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
Chuyên ngành	Kỹ Thuật Điện
Thể loại	Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật
Năm xuất bản	2018
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	80
Dung lượng	14,66 MB