Nghiên cứu chế độ vận hành tối ưu cho hệ thống bù công suất phản kháng trên một số xuất tuyến trung áp của tổng công ty điện lực hà nội

Hiện trạng lưới điện và các chế độ vận hành hệ thống bù công suất phản kháng ở một số xuất tuyến trung áp của Tổng công ty Điện lực Hà Nội .... Vì vậy việc nghiên cứu chế độ vận hành tối

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

NGUYỄN TRỌNG KÍNH

NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH TỐI ƯU CHO HỆ THỐNG BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRÊN MỘT SỐ XUẤT TUYẾN TRUNG ÁP CỦA TỔNG CÔNG TY

ĐIỆN LỰC HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN

Hà Nội, 2023

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

NGUYỄN TRỌNG KÍNH

NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH TỐI ƯU CHO HỆ THỐNG BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRÊN MỘT SỐ XUẤT TUYẾN TRUNG ÁP CỦA TỔNG CÔNG TY

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành được luận văn này, tác giả xin chân thành cảm ơn và biết

ơn sâu sắc tới Thầy giáo TS Trần Thanh Sơn là người hướng dẫn luận văn Thầy đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn, hỗ trợ, giúp đỡ trong suốt quá trình học tập nghiên cứu hoàn thành luận văn tốt nghiệp

Tác giả xin chân thành cảm ơn tới Thầy/Cô giảng dạy trong suốt quá trình học tập và Các bộ phận, phòng ban chức năng của trường Đại học Điện lực Tác giả xin chân thành cảm ơn gia đình và đồng nghiệp, bạn bè, người thân đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho công việc học tập và nghiên cứu; Tác giả xin chân thành cảm ơn Công ty Điện lực Đống Đa, Tổng Công ty điện lực Hà Nội đã giúp đỡ, cung cấp số liệu, phục vụ cho quá trình nghiên cứu Tôi xin trân trọng cảm ơn!

Hà Nội, ngày tháng năm

Tác giả

Nguyễn Trọng Kính

LỜI CAM ĐOAN

Tác giả cam đoan đã sử dụng các tài liệu tham khảo của các tác giả, các nhà khoa học và các luận văn được trích dẫn trong phụ lục “Tài liệu tham khảo” cho việc nghiên cứu và viết luận văn của mình Số liệu là số liệu thực tế được lấy trên phần mềm quản lý và lưu trữ số liệu của Tổng Công ty Điện lực

Hà Nội phạm vi thuộc quản lý của Công ty điện lực Đống Đa

Tác giả cam đoan về các số liệu và kết quả tính toán được trình bày trong luận văn là hoàn toàn do tác giả tự tìm hiểu và thực hiện trong quá trình nghiên cứu và viết luận văn của mình, không sao chép và chưa được sử dụng cho đề tài luận văn nào

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày tháng năm

Tác giả

Nguyễn Trọng Kính

i

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT iii

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU iv

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ v

I MỞ ĐẦU 1

II NỘI DUNG 6

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN TỔNG CÔNG TY ĐIỆN LỰC HÀ NỘI 6

1.1 Tổng quan về lưới điện phân phối 6

1.1.1 Tổng quan 6

1.1.2 Đặc điểm chung của lưới điện phân phối 22kV 6

1.1.3 Các biện pháp nâng cao hiệu quả kinh tế vận hành lưới điện phân phối 6

1.2 Hiện trạng lưới điện và các chế độ vận hành hệ thống bù công suất phản kháng ở một số xuất tuyến trung áp của Tổng công ty Điện lực Hà Nội 6

1.2.1 Tình hình bù công suất phản kháng trong các chế độ vận hành lưới điện 6

1.2.2 Các chế độ vận hành bù công suất phản kháng và kết quả vận hành 6

1.3 Kết luận chương 1 6

CHƯƠNG 2: BÀI TOÁN VẬN HÀNH TỐI ƯU HỆ THỐNG BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG 6

2.1 Bài toán vận hành tối ưu hệ thống bù công suất phản kháng trên lưới phân phối điện 25

2.2 Phương pháp Gauss-Seidel để giải tích lưới điện [1] 27

2.3 Ứng dụng thuật toán di truyền để vận hành tối ưu hệ thống bù công suất phản kháng trên lưới phân phối điện [2-5] 30

2.3.1 Phép chọn lọc 31

2.3.2 Phép lai ghép 32

2.3.3 Phép đột biến 32

2.4 Kết luận chương 2 35

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN LỰA CHỌN CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH TỐI ƯU CHO HỆ THỐNG BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG CHO MỘT SỐ

XUẤT TUYẾN TRUNG ÁP 22kV 36

3.1 Thông số của xuất tuyến mô phỏng 36

3.2 Tính toán các chế độ vận hành tối ưu cho hệ thống bù công suất phản kháng theo đồ thị phụ tải 48

3.3 Kết luận chương 3 53

KẾT LUẬN CHUNG 54

TÀI LIỆU THAM KHẢO 55

iii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

1 EVN Tập Đoàn điện lực Việt Nam

2 EVN HANOI Tổng công ty điện lực Hà Nội

3 PC DONG DA Công ty điện lực Đống Đa

4 UBND Ủy Ban nhân dân

6 CSPK Công suất phản kháng

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Thống kê trạm biến áp của lộ 491 13

Bảng 1.2: Bảng tổng hợp dung lượng công suất bù trên xuất tuyến trung áp 491-E1.11 15

Bảng 3.1: Thông số nút của xuất tuyến mô phỏng 37

Bảng 3.2: Thông số đường dây của xuất tuyến mô phỏng 39

Bảng 3.3: Thông số máy biến áp của xuất tuyến mô phỏng 40

Bảng 3.4: Thông số tải từ giờ 1 đến giờ 4 của xuất tuyến mô phỏng 41

Bảng 3.5: Thông số tải từ giờ 5 đến giờ 8 của xuất tuyến mô phỏng 42

Bảng 3.6: Thông số tải từ giờ 9 đến giờ 12 của xuất tuyến mô phỏng 43

Bảng 3.7: Thông số tải từ giờ 13 đến giờ 16 của xuất tuyến mô phỏng 44

Bảng 3.8: Thông số tải từ giờ 17 đến giờ 20 của xuất tuyến mô phỏng 45

Bảng 3.9: Thông số tải từ giờ 21 đến giờ 24 của xuất tuyến mô phỏng 46

Bảng 3.10: Số bộ tụ tối ưu vận hành theo từng giờ trong ngày mô phỏng 47

Bảng 3.11: Số bộ tụ tối ưu vận hành theo từng giờ trong ngày mô phỏng 48

Bảng 3.12: Số bộ tụ tối ưu vận hành và không vận hành tại giờ thứ 1 trong ngày mô phỏng 49

Bảng 3.13: Bảng tính và so sánh tổn thất công suất giữa chế độ bù cực đại và bù tối ưu trong 24 giờ mô phỏng 51

v

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Biểu đồ thông số vận hành điển hình một số Trạm biến áp phân phối lộ

491-E1.11, ngày 31 tháng 7 năm 2022 17

Hình 2.1 25

Hình 2.2: Sơ đồ khối áp dụng phương pháp Gauss-Seidel phân tích chế độ xác lập lưới điện 30

Hình 2.3: Ví dụ phép lai ghép một gen 32

Hình 2.4: Ví dụ phép lai ghép hai gen 32

Hình 2.5: Ví dụ phép đột biến một gen và hai gen 33

Hình 3.1: Sơ đồ một sợi xuất tuyến mô phỏng 36

Hình 3.2: Giá trị điện áp lớn nhất trong từng giờ khi thực hiện bù cực đại và bù tối ưu 49

Hình 3.3: Giá trị điện áp nhỏ nhất trong từng giờ khi thực hiện bù cực đại và bù tối ưu 50

Hình 3.4: Tổn thất công suất tác dụng (kW) trong từng giờ khi thực hiện bù cực đại và bù tối ưu 52

Hình 3.5: Độ giảm tổn thất công suất tác dụng trong từng giờ khi thực hiện điều khiển bù tối ưu 52

I MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Lưới điện phân phối là lưới điện chiếm tỷ lệ lớn nhất và là lưới có tổn thất điện năng lớn nhất trong trong hệ thống thống điện, từ khâu sản xuất điện đến truyền tải, phân phối đến các phụ tải tiêu thụ điện

Theo các số liệu thu thập thống kê của các đơn vị kinh doanh điện trên thế giới đánh giá tổn thất điện năng thấp nhất trên lưới truyền tải vào khoảng 2% và trên lưới điện phân phối là 4% Tổn thất điện năng trên lưới điện Việt Nam năm 2018 là 7,04%, mục tiêu kế hoạch đến năm 2020 là 6,5% trong đó tổn thất trên lưới điện truyền tải khoảng 2,15%, lưới điện phân phối khoảng 4,35% Tổn thất trên lưới điện phân phối phần lớn là do tổn thất kỹ thuật và được quyết định bởi các yếu tố giải pháp kỹ thuật từ khâu thiết kế đến khâu triển khai thi công

Nhiệm vụ và mục tiêu đặt ra của Tập đoàn điện lực Việt Nam (EVN) nói chung và các Công ty điện lực là tìm các giải pháp tối ưu để giảm tổn thất điện năng trên hệ thống điện, trong đó đặc biệt là lưới điện phân phối trung áp Lưới điện phân phối trung áp là lưới điện có quy mô lớn và có tỷ lệ tổn thất cao trong

hệ thống điện, mục tiêu là giảm tổn thất xuống mức thấp nhất có thể, và vấn đề giảm tổn thất công suất, tổn thất điện năng vẫn sẽ là trọng tâm trong công tác điều hành quản lý, vận hành và kinh doanh của các Tổng Công ty Điện lực hiện nay, trong đó có Tổng Công ty điện lực Hà Nội – Tập đoàn điện lực Việt Nam Nhiều giải pháp kỹ thuật đã được nghiên cứu để tính toán và áp dụng nhằm giảm tổn thất điện năng như: hoán đổi các MBA non tải thay thế cho MBA quá tải, vận hành song song các MBA, thay dây dẫn có tiết diện lớn hơn, nâng áp các lưới điện phân phối và quy chuẩn chung cho việc sử dụng 01 cấp điện áp phân phối trung thế, lắp đặt tụ bù vv Trong đó, bù công suất phản kháng (CSPK) là giải pháp đơn giản và hiệu quả nhất

Tuy nhiên lưới điện trung áp là lưới điện có quy mô lớn trải dài trên diện

2

rộng và xen kẽ với các khu dân cư, do vậy lưới có yếu tố phức tạp và được áp dụng nhiều giải pháp kỹ thuật chưa đồng nhất, khó khăn hơn nữa là đa dạng về loại hình phụ tải ( phụ tải sinh hoạt, phụ tải hành chính, phụ tải tiểu thủ công nghiệp và công nghiệp…) tương ứng đa dạng về đơn vị quản lý, phụ tải biến thiên liên tục theo nhu cầu sử dụng Vì vậy việc bù công suất phản kháng (CSPK) là một giải pháp tốt, nhưng cần đáp ứng linh hoạt các thay đổi công suất liên tục trên lưới điện và đảm bảo các thông số lưới điện nằm trong phạm vi quy định Các lưới điện trung áp hiện nay được áp dụng nhiều phương pháp, giải giáp bù khác nhau và được bù tại nhiều điểm, với tính chất bù phức tạp và công suất bù lớn như vậy sẽ xẩy ra các hiện tượng quá bù dẫn đến quá áp trên lưới điện trong các trường hợp thấp tải, và ngược lại có thể thiếu bù trong một số trường hợp tải cao cũng như việc phân bố bù không đều trên lưới tại các nút sẽ dẫn đến nguy cơ mất ổn định lưới điện Vì vậy việc nghiên cứu chế độ vận hành tối ưu cho hệ thống bù công suất phản kháng trong công tác quản lý vận hành là việc hết sức cần thiết nhằm đáp ứng linh hoạt với sự thay đổi của phụ tải, khai thác tối đa chi phí đầu tư hệ thống bù, nhằm giảm tổn thất điện năng trên lưới điện, và quan trọng nhất là đảm bảo ổn định lưới điện và cung cấp điện liên tục

an toàn

Hiện nay với tốc độ đô thị hóa cao, nhiều khu đô thị có quy mô lớn phát triển được quy hoạch đồng bộ về hạ tầng kỹ thuật và ngầm hóa trong việc cung cấp điện là việc tất yếu, đối với các khu vực nội thành Các Thành Phố đang có chủ trương chỉnh trang đô thị theo hướng hiện đại, văn minh, việc ngầm hóa hạ tầng cấp điện đồng bộ với các tuyến đường dây khác để đảm bảo mỹ quan đô thị, hướng tới không còn cột điện trên các tuyến phố, các trạm biến áp được xây dựng theo công nghệ mới hiện đại, đảm bảo phù hợp với việc xây dựng thành phố xanh, sạch, đẹp Hiện nay lưới điện trung thế đang được quy chuẩn và đồng nhất sử dụng điện áp 22kV, và cáp ngầm là giải pháp cấp điện đang được áp dụng rất nhiều hiện nay tại các thành phố (đã áp dụng và tiếp tục áp dụng tiến tới ngầm hóa 100%) và nhiều khu công nghiệp Trong đó lưới điện cáp ngầm

22kV tại các thành phố lớn như Hà Nội và Hồ Chí Minh có quy mô lớn và phức tạp nhất, và gặp nhiều khó khăn trong công tác vận hành cũng như vận hành tối

ưu lưới điện, giảm tổn thất điện năng, đảm bảo ổn định cung cấp điện

Với các lý do trên, đề tài “Nghiên cứu chế độ vận hành tối ưu cho hệ thống bù công suất phản kháng trên một số xuất tuyến trung áp của Tổng công ty Điện lực Hà Nội ” hiện nay là rất cần thiết, góp phần vào nâng cao hiệu

quả vận hành kinh tế lưới điện, và ổn định lưới điện phân phối thành phố

2 Tổng quan nghiên cứu hoặc câu hỏi nghiên cứu

Nghiên cứu các chế độ vận hành hệ thống bù công suất phản kháng theo các chế độ vận hành của lưới điện có sẵn ở đây là lưới điện cáp ngầm 22kV từ

đó tìm ra chế độ vận hành tối ưu cho hệ thống bù công suất phản kháng Các đề tài nghiên cứu về bù công suất phản kháng đã có rất nhiều tuy nhiên đề tài cho nghiên cứu bù cho xuất tuyến cáp ngầm thì vẫn còn ít Và phạm vi nghiên cứu của các đề tài mới chỉ quan tâm đến dung lượng bù và giải pháp bù, ít quan tâm đến vấn đề vận hành của các hệ thống bù và phối hợp các hệ thống bù trên toàn tuyến, nhằm đáp ứng linh hoạt các chế độ vận hành lưới điện do đó chưa tối ưu được hiệu quả trong vận hành Để nâng cao hiệu quả trong vận hành lưới điện và hiệu quả của các hệ thống bù thì cần có giải pháp tổng thể trong vận hành phối hợp nhiều hệ thống bù công suất phản kháng, do đó nghiên cứu chế độ vận hành tối ưu cho hệ thống bù công suất phản kháng là việc rất cần thiết

3 Mục tiêu nghiên cứu

Luận văn nghiên cứu tính toán xác định phương pháp các chế độ vận hành

bù tối công suất phản kháng trên một số xuất tuyến trung áp của Tổng công ty điện lực Hà Nội, mục đích đáp ứng linh hoạt với sự biến thiên liên tục của phụ tải nhằm giảm tổn thất điện năng nâng cao hiệu quả truyền tải và phân phối điện, vận hành tối ưu lưới điện nâng cao hiệu quả đầu tư giảm chi phí quản lý vận hành nhưng vẫn đảm bảo ổn định cung cấp điện

4

Nghiên cứu các vấn đề lý thuyết của kỹ thuật có yếu tố kinh tế, liên quan đến bù và vận hành bù tối ưu công suất phản kháng cho lưới điện phân phối, áp dụng tính toán để tính toán bù và vận hành bù tối ưu cho lưới phân phối 22kV nhằm đáp ứng các chế độ vận hành của lưới điện, sử dụng phần mềm toán học Matlab để tính toán… kết hợp với thực tiễn đang vận hành, đánh giá và nghiên cứu chế độ bù và vận hành bù tối ưu công suất phản kháng trên lưới điện cáp ngầm trung thế

Nghiên cứu cơ sở lý thuyết, và các lý luận khoa học về các vấn đề liên quan đến bù tối ưu công suất phản kháng như: giải pháp bù, dung lượng bù, vị trí bù, phương pháp bù và các thay đổi cũng như kết quả các thông số về lưới điện khi

bù như U, I, P, Q, hệ số công suất… trong các chế độ làm việc của lưới nhằm đánh giá tối ưu trong quản lý vận hành

Phân tích các thông số về điện và tìm hiểu hiện trạng bù công suất phản kháng trên lưới phân phối 22kV/0,4kV, tại một số xuất tuyến cáp ngầm củaTổng công ty điện lực Hà Nội, từ đó nghiên cứu tìm các chế độ vận hành tối ưu hơn cho các hệ thống bù…

Các giải pháp thực tế áp dụng để bù và vận hành tối ưu công suất phản kháng hiện nay, đánh giá đề xuất phù hợp với lưới điện hiện trạng và mô hình áp dụng đối với các lưới xây dựng mới được đưa vào ngay từ giai đoạn thiết kế

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu, tính toán các chế độ vận hành tối ưu

cho hệ thống bù công suất phản kháng lưới phân phối 22kV/0,4kV, tại một số xuất tuyến cáp ngầm của Tổng công ty điện lực Hà Nội và cụ thể ở đây là xuất tuyến cáp ngầm 491-E1.11 thuộc Công ty điện lực Đống Đa quản lý, nhằm đạt

được hiệu quả cao trong công tác quản lý vận hành, giảm tổn thất điện năng và nâng cao ổn định chất lượng điện năng

Phạm vi nghiên cứu: Các chế độ vận hành lưới điện và các chế độ bù

công suất phản kháng trên xuất tuyến cáp ngầm trung áp 491-E1.11 thuộc Công

ty điện lực Đống Đa quản lý gồm: Khảo sát, thu thập số liệu trên lưới điện, các chế độ vận hành lưới điện, tính chất phụ tải lưới điện, thực trạng tổn thất lưới điện, các giải pháp bù áp dụng trên lưới và hiệu quả mang lại…; Các đặc điểm địa hình, yếu tố địa hình ảnh hưởng đến tuyến cáp ngầm và công tác vận hành: lưới điện phân bố dọc theo đường chính các khu dân cư, phạm vi không gian chật hẹp, khó khăn trong công tác quản lý vận hành…

Thời gian nghiên cứu: từ tháng 01 năm 2022 đến tháng 01 năm 2023

5 Phương pháp nghiên cứu

Tổng hợp thông tin về các chế độ vận hành tối ưu cho hệ thống bù công suất phản kháng Việt Nam và Trên thế giới Thu thập, phân tích số liệu về các chế độ bù, phương pháp bù, ứng dụng các phần mềm hoặc lập trình trên các phần mềm chuyên ngành tính toán vận hành các chế độ bù; so sánh tổn thất điện năng và các thông số về điện trước và sau khi điều chỉnh các chế độ vận hành, nhận xét đánh giá về kết quả nghiên cứu

Đề tài nghiên cứu sử dụng các số liệu vận hành thực tế để tính toán so sánh

và nghiên cứu, do đó đề tài có tính chất thực tiễn rất cao và hoàn toàn phù hợp với thực tế vận hành

1.1.2 Đặc điểm chung của lưới điện phân phối 22kV

1.1.3 Các biện pháp nâng cao hiệu quả kinh tế vận hành lưới điện phân phối 1.2 Hiện trạng lưới điện và các chế độ vận hành hệ thống bù công suất phản kháng ở một số xuất tuyến trung áp của Tổng công ty Điện lực Hà Nội

1.2.1 Tình hình bù công suất phản kháng trong các chế độ vận hành lưới điện 1.2.2 Các chế độ vận hành bù công suất phản kháng và kết quả vận hành

2.2 Phương pháp Gauss-Seidel để giải tích lưới điện [1]

2.3 Ứng dụng thuật toán di truyền để vận hành tối ưu hệ thống bù công suất phản kháng trên lưới phân phối điện [2-5]

2.3.1 Phép chọn lọc

2.3.2 Phép lai ghép

2.3.3 Phép đột biến

2.4 Kết luận chương 2

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN LỰA CHỌN CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH TỐI ƯU CHO

HỆ THỐNG BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG CHO MỘT SỐ XUẤT TUYẾN TRUNG ÁP CÁP NGẦM 22kV

3.1 Thông số của xuất tuyến mô phỏng

3.2 Tính toán các chế độ vận hành tối ưu cho hệ thống bù công suất phản kháng theo đồ thị phụ tải

3.3 Kết luận chương 3

8

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN TỔNG

CÔNG TY ĐIỆN LỰC HÀ NỘI 1.1 Tổng quan về lưới điện phân phối

1.1.1 Tổng quan

Thủ đô Hà Nội và Thành phố Hồ Chí Minh là hai thành phố trực thuộc trung ương và là hai trung tâm hành chính lớn nhất nước, do đó sự phát triển kinh tế đô thị cũng như tốc độ phát triển về quy mô là rất nhanh Kéo theo hạ tầng cơ sở phải phát triển để đáp ứng kịp tốc độ đô thị hóa, trong đó ngành điện cũng cần sự phát triển và thay đổi đáp ứng tương ứng Thực hiện chủ trương ngầm hóa đô thị của UBND Thành Phố Hà Nội, đến nay nội thành Thành Phố

Hà Nội đã thực hiện ngầm hóa đến 90% lưới điện 22kV

Các xuất tuyến cáp ngầm 22kV, có điểm đầu xuất phát từ các trạm 110/22kV (viết tắt là các E) đến các phụ tải dùng điện nằm rải rác trên thành phố Các trạm 110/22kV (E) được quy hoạch nằm xung quanh thành phố, các tuyến cáp ngầm được từ các E này được nối vòng với nhau và cung cấp điện cho phụ tải, nhưng vận hành là vận hành hở

Các tuyến cáp ngầm từ các E cấp đến các trạm biến áp, sử dụng chủ yếu là cáp Cu/XLPE/PVC/DSTA/PVC-W-3x240mm2, được chôn trực tiếp trong đất hoặc luồn trong ống nằm trên hè hoặc dưới đường phù hợp với địa hình khu vực Các trạm biến áp chủ yếu là các trạm biến áp dạng trạm cột (TC), trạm Kios, trạm treo (TT), trạm xây… có công suất từ 400-1000kVA

1.1.2 Đặc điểm chung của lưới điện phân phối 22kV

Lưới điện cáp ngầm 22kV trong đô thị cụ thể là Thành Phố Hà Nội, có tính chất phức tạp về địa hình, trạm biến áp nằm rải rác trên phố gần các khu dân cư, hành lang cáp ngầm đi trên hè và dưới đường thay đổi liên tục Phụ tải tiêu thụ điện đa dạng như “ Phụ tải sinh hoạt, phụ tải hành chính văn phòng, phụ tải kinh doanh và tiểu thủ công nghiệp…”, do vậy nhu cầu dùng điện thay đổi liên tục

theo giờ, và có tính chất bị đầy tải vào các khung giờ cao điểm, giờ trung bình

và non tải và giờ thấp điểm Vì vậy các thống số U, I Cos φ thay đổi liên tục, gây ra các vấn đề quá áp và thấp áp làm giảm chất lượng điện năng cung cấp, ảnh hưởng đến thiết bị sử dụng điện

Đặc điểm sơ đồ lưới điện và quy cách thiết bị của lưới:

+ Trạm biến áp phối gồm các dải công suất chính: 400kVA, 560kVA, 630kVA, 750kVA, 1000kVA, các trạm được bố trí 1 máy hoặc 2 máy tùy công suất; Kiểu trạm gồm nhiều kiểu khác nhau: trạm treo (TT), Trạm 1 cột (1C), trạm Kios (K), trạm xây (X)…

+ Cáp ngầm sử dụng cáp 24kV Cu/XLPE/PVC/DSTA/PVC-W-3x240mm2

có chống thấm dọc, cáp sử dụng của các hãng: LS-Vina, Cadivi…

+ Đấu nối cáp và đấu nối cáp với tủ với máy biến áp Sử dụng đầu cáp 24kV dạng kín như TPlug, và Elbow… kèm các bộ báo sự cố đầu cáp Sử dụng của các hãng như: 3M, Raychem…

+ Tủ hạ thế: theo gam tủ cơ bản của Tổng công ty điện lực Hà Nội

+ Tiếp địa: sử dụng tiếp địa tại trạm và tiếp địa lặp lại trên lưới 0,4kV + Lưới điện hạ thế gồm hỗn hợp đường dây trên không và cáp ngầm 0,6/1kV Cu/XLPE/PVC/DSTA/PVC-4x95(120)mm2, đường dây trên không sử dụng cáp ACB4x35-150mm2 có tiết diện phù hợp…

10

+ Bù công suất: Lưới điện phân phối 22kV hiện nay được bù chủ yếu ở hai cấp điện áp là bù trung thế 22kV và bù hạ thế 0,4kV Trong đó bù trung thế sử dụng tụ bù trung thế bù cứng nằm rải rác tại các điểm trên lưới của xuất tuyến

đó Bù hạ thế, do đặc thù phụ tải chủ yếu là các phụ tải sinh hoạt và phụ tải văn phòng nằm rải rác vì vậy lưới điện 0,4kV không được bù tại tải mà phương pháp

bù chủ yếu là bù tại tủ hạ thế tổng của trạm biến áp, và giải pháp gồm có: bù cứng và bù mềm tự động…

+ Vận hành lưới điện: Lưới điện được thiết kế xây dựng theo mô hình lưới kín nhưng vận hành hở, các tuyến cáp ngầm của các E được xây dựng nối thành mạch vòng để dự phòng lẫn nhau hạn chế việc mất điện trong thao tác do vận hành hoặc sự cố trên lưới điện…

1.1.3 Các biện pháp nâng cao hiệu quả kinh tế vận hành lưới điện phân phối

Các giải pháp nâng cao hiệu quả kinh tế trong vận hành lưới điện phân phối gồm có nhiều giải pháp, cụ thể như sau:

+ Cân bằng pha: là cân bằng phụ tải dòng điện trên các pha, hạn chế việc dùng điện mất cân bằng pha

+ Tăng tiết diện dây dẫn giảm tổn thất trên đường dây và đảm bảo độ sụt áp ΔU≤ 5%;

+ Điều chỉnh điện áp đầu nguồn ở các trạm 110kV, bằng cách điều chỉnh các nấc phân áp phía 110kV;

- Tuy nhiên do sự phân bố tải tại các nút không đều nhau, và nhu cầu sử dụng công suất P&Q cũng khác nhau do vậy các giải pháp nêu trên chưa mang lại hiệu quả tối ưu và đảm bảo vận hành lưới điện kinh tế Vì vậy giải pháp sử dụng tụ bù Cos φ tại các trạm là giải pháp tối ưu nhất, tuy nhiên việc bù Cos φ này hiện nay rất phức tạp do tồn tại nhiều hình thức khác nhau và không đồng nhất dẫn đến việc bù chưa hiệu quả, do có thể bù thừa hoặc thiếu, bù không cần

bằng giữa các pha… do vậy để đạt được hiệu quả các nhất, cần có các chế độ vận hành bù hiệu quả cho lưới điện để cải thiện Cosφ của lưới điện Đặc biệt lưới điện cáp ngầm nhạy cảm với sự thay đổi điện áp

1.2 Hiện trạng lưới điện và các chế độ vận hành hệ thống bù công suất phản kháng trong Tổng Công ty điện lực Hà Nội và cụ thể là xuất tuyến trung áp 491-E1.11 của Công ty điện lực Đống Đa - Tổng công ty Điện lực Hà Nội

Hiện trạng lưới điện phân phối trung thế 22kV trong Tổng Công ty điện lực

Hà Nội: Lưới điện phân phối 22kV hiện nay gồm hai loại hình cung cấp điện cơ bản là “Hệ thống cung cấp điện đường dây trên không (ĐDK)” và “Hệ thống cáp ngầm” Hiện nay cả hai loại hình cung cấp điện này đều được xây dựng theo

mô hình lưới kín nhưng vận hành hở giữa các (E) Tuy nhiên hệ thống ĐDK thì mới kín chủ yếu ở đường trục, và còn tồn tại nhiều mạch nhánh dạng mạch T

Bù công suất phản kháng trên lưới phân phối 22kV hiện nay, gồm có 3 phương pháp bù cụ thể như sau:

+ Bù cứng trên lưới trung thế, các điểm bù nằm rải rác trên lưới, công suất

bù và điểm sẽ được điều chỉnh theo sự phát triển phụ tải trên lưới Phương pháp này hiện nay còn tồn tại nhiều trên ĐDK, và một số ít trên các tuyến cáp ngầm + Bù cứng tại phía hạ thế 0,4kV tại các tủ hạ thế tổng của TBA, bù cứng này áp dụng theo quy định của Tổng Công ty là bù 10% công suất MBA Phương pháp bù cứng này được áp dụng cho các trạm biến áp thuộc Tổng công

ty đầu tư và quản lý, và một số trạm khách hàng có công suất nhỏ Mô hình này được áp dụng chủ yếu trên lưới điện

+ Hệ thống Tủ tụ bù tự động bù tại tủ hạ thế tổng phía 0,4kV, phương pháp

bù này trước đây chủ yếu được áp dụng ở một số trạm khách hàng có công suất vừa và lớn hệ số Cosφ ≥ 0,9 theo Nghị định số 137/2013/NĐ-CP ngày ngày 21 tháng 10 năm 2013, Nghị định Chính Phủ Quy định chi tiết thi hành một số điều luật điện lực và luật sửa đổi, bổ sung một số điều của luật Điện Lực; Tuy nhiên

12

trong năm 2020 phương pháp này đã được áp dụng trên lưới điện tại các trạm biến áp do Tổng công ty đầu tư và quản lý Quy mô đầu tư theo Tờ trình số 2924/TTr-B04, ngày 29 tháng 05 năm 2020 của Ban kỹ thuật – Tổng công ty điện lực Hà Nội và được duyệt theo Lệnh sản xuất số 4609/LSX-EVN HANOI của Tổng Công ty điện lực Hà Nội, ngày 14 tháng 06, năm 2020 Đã đưa Tổng

số lượng tủ điều khiển tụ bù là 881 tủ vào vận hành, trong đó gồm các loại tủ tụ

bù cụ thể như sau: Số lượng tủ điều khiển tụ bù loại có lắp sẵn tụ bên trong - 799

tủ, số lượng tủ điều khiển tụ bù loại có bổ sung tụ - 37 tủ, số lượng tủ điều khiển

tụ bù loại không lắp tụ bên trong - 45 tủ;

Các chế độ vận hành bù công suất phản kháng:

+ Đối với phương pháp bù cứng trên lưới điện phân phối 22kV: hệ thống tụ

bù được vận hành ở 1 chế độ là đóng trực tiếp vào lưới điện thông qua cầu chì tự rơi FCO hoặc kết hợp cầu chì ống và cầu dao cách ly Đối với phương pháp bù này lưới điện luôn luôn được bù với giá trị công suất phản kháng bằng giá trị định mức của nhóm tụ, và không có khả năng điều chỉnh theo sự biến thiên của tải và sự thay đổi của hệ số Cosφ Vận hành hệ thống phải vận hành thủ công dưới sự thao tác của cán bộ quản lý, và phải theo dõi hệ số Cosφ đầu nguồn và các trạm lân cận và tính toán để có chế độ vận hệ thống thích hợp

+ Đối với phương pháp bù cứng tại tủ tổng hạ thế 0,4kV tại TBA: hệ thống

tụ bù được vận hành ở 1 chế độ là đóng trực tiếp vào lưới điện thông qua cầu chì hoặc MCCB, và chế độ kết quả vận hành cùng giống như bù cứng phía 22kV + Đối với phương pháp tủ tụ bù tự động: hệ thống bù linh hoạt và đáp ứng được sự biến thiên của phụ tải và thay đổi của hệ số Cosφ, và đảm bảo hệ số Cosφ luôn đặt được giá trị cài đăt, và đáp ứng được các chế độ vận hành của lưới điện Việc bù công suất phản kháng vào lưới được điều chỉnh linh hoạt và đạt hiệu quả sử dụng cao, việc này phụ thuộc và cấp bù của tủ tụ bù đó

Hiện trạng xuất tuyến trung áp 491-E1.11 của Công ty điện lực Đống Đa:

+ Xuất tuyến trung áp 491-E1.11, lưới điện sử dụng cáp ngầm 24kV Cu/XLPE/PVC/DSTA/PVC-W-3x240mm2 được đấu vào ngăn máy cắt lộ 491 của trạm 110kV (E1.11) và được đấu mạch vòng với lộ 470 E1.52 và lộ 481 E1.14 Lộ 491 gồm có 18 trạm biến áp với tổng công suất là 12,520 kVA, danh sách cụ thể như sau:

Bảng 1.1: Thống kê trạm biến áp của lộ 491 STT

Tên trạm biến áp Công suất

(kVA) Tỉ số TI Kiểu trạm biến

14

+ Kết cấu lưới điện: toàn bộ tuyến sử dụng cáp ngầm 24kV Cu/XLPE/PVC/DSTA/PVC-W-3x240mm2, đi ngầm dưới lòng đường hoặc trên vỉa hè;

+ Đóng cắt trung thế: Sử dụng tủ 24kV RMU (Ring Main Unit) gồm các ngăn cầu dao cho đầu cáp đến và đi, ngăn sang máy sử dụng CD+CC (Cầu dao + Cầu chì) hoặc ngăn máy cắt cho các gam máy công suất lớn; Một số trường hợp trạm treo sử dụng Cầu Dao phụ tải và cầu chì FCO;

+ Máy biến áp sử dụng máy biến áp dầu 22(±2x2,5%)/0,4kV, lắp đặt trên cột Bảo vệ phía trung thế máy biến áp sử dụng cầu chì và máy cắt cho các máy

có công suất lớn

+ Hệ thống tiếp địa trạm biến áp có điện trở đảm bảo ≤ 4Ω

+ Tủ hạ thế tổng: sử dụng gam tủ phù hợp theo công suất máy biến áp theo quy định của EVN Hà Nội, trong tủ đầy đủ thiết bị đóng cắt ACB, MCCB và thiết bị đo đếm điện;

+ Hiện trạng các giải pháp bù công suất phản kháng:

Bù cứng phía trung thế: Theo dữ liệu thống kê tụ bù điện áp 22kV (từ ngày 28/03/2009 đến ngày 29/11/2022) trên lưới điện Công ty điện lực Đống Đa, thì hiện tại lộ xuất tuyến trung áp 491-E1.11 không còn bù cứng trung thế

Bù cứng tại tủ tổng hạ thế 0,4kV tại trạm biến áp: Hiện trạng phương pháp

bù này tồn tại nhiều nhất trên lưới điện và lộ 479-E1.11, công suất bù là 10% công suất trạm biến áp

Bù tự động bằng tủ bù tự động đặt tại phía hạ thế trạm biến áp: Theo báo cáo số 678/BC-PC DONGDA, ngày 13/05/2020 về việc khối lượng, chủng loại

tủ điều khiển tụ bù đăng ký mua sắm lắp bổ sung trên lưới điện hạ thế; đến ngày 29/11/2022) trên lưới điện Công ty điện lực Đống Đa, thì hiện tại lộ xuất tuyến trung áp 491-E1.11 chưa được triển khai lắp đặt hệ thống tủ tụ bù tự động

Căn cứ các số liệu thống kê thực tế và hiện trạng bù công suất phản kháng,

ta có bảng Tổng hợp dung lượng bù trên lưới điện xuất tuyến trung áp

Công suất bù (kVAr)

Phương pháp bù

Ghi chú

1 Khâm Thiên 8 630 60 (3x20 kVAr) Bù cứng

10% công suất máy biến áp, lắp đặt phía hạ thế 0,4kV đấu nối tại thanh cái tủ

Do phương pháp bù cứng phía hạ thế máy biến áp, vì vậy việc bù công suất phản kháng trong các chế độ vận hành lưới điện chưa được linh hoạt và không

có nhiều thay đổi trong suốt quá trình vận hành lưới điện Do việc điều chỉnh dung lượng bù tại các trạm biến áp chủ yếu phụ thuộc vào công nhân vận hành,

đi đóng cắt trực tiếp tại các trạm biến áp Trong tất các các chế độ vận hành lưới như: vận hành hở hoặc vận hành sự cố, vận hành liên thông giữa các lộ xuất tuyến (theo điều độ đảm bảo tính liên tục cấp điện) thì việc bù công suất phản kháng cũng ít được thay đổi hay có điều chỉnh phù hợp, đây là điểm hạn chế rất lớn của bù cứng

Khi lưới điện có biến thiên công suất cao Pmax/Pmin lớn, TBA có công suất Pmax >80%; TBA có công suất Pmin<30%; thì phương pháp bù cứng chỉ đáp ứng hệ số công suất Cosφ (PF) theo quy định chủ yếu vào thời gian cao điểm, ngoài thời gian này công suất bù bị quá (bù thừa) Việc bù cứng tại nhiều thời điểm không đáp ứng được yêu cầu của vận hành và gây tổn thất Mặt khác, các bộ tụ bù cứng phải làm việc liên tục, dài hạn (tụ được đóng, cắt do người thợ vận hành thực hiện) dẫn đến tuổi thọ của bộ tụ bị sụt giảm đáng kể, các bộ tụ thường chỉ vận hành được 1 đến 2 năm đã trục trặc, hư hỏng Đặc biệt vào thời điểm mùa hè, khi tải sử dụng nhiều thiết bị dân dụng (bếp từ, máy bơm, điều hòa…) gây ra sự biến động liên tục hệ số PF Tuy nhiên, phương pháp bù cứng

không đóng cắt tụ liên tục theo biến động của hệ số PF vì vậy sẽ gây hiện tượng

bù thiếu hoặc bù dư mà cả hai trường hợp này đều gây ra sụt giảm hệ số công suất dẫn đến tổn thất năng lượng

Căn cứ theo Bảng thông số vận hành lưới điện các trạm biến áp trên xuất tuyến trung áp 491-E1.11 trong tháng 7 năm 2022 ( Theo dữ liệu trên Phần mềm Thu thập dữ liệu đo xa (MDMS & HES) của Tổng công ty Điện lực Hà Nội), thấy rằng giá trị hệ số công suất Cosφ (PF) rất cao có những thời điểm bằng 1 tương ứng với đó là giá trị điện áp tăng cao, và hệ số công suất này không thay đổi linh hoạt so với các thời điểm sử dụng điện khác nhau Môt số trạm biến áp bị trạng thái bù lệch pha, và một số trạm bị trạng thái quá bù, và Cosφ trung bình trên lưới quá cao ở các mức 0,98-0,99-1 và bù thừa 1.05… như vậy sẽ gây nên tình trạng quá áp ở một số trạng thái vận hành, và điện áp các pha lệch nhau Cụ thể xem các Bảng thông số vận hành (thể hiện dưới dạng biểu đồ thông số vận hành) các Trạm biến áp xuất tuyến trung áp 491-E1.11 trong tháng 7 năm 2022

Hình 1.1: Biểu đồ thông số vận hành điển hình một số Trạm biến áp phân

phối lộ 491-E1.11, ngày 31 tháng 7 năm 2022

18

20

22

1.2.2 Các chế độ vận hành bù công suất phản kháng và kết quả vận hành

Chế độ vận hành bù công suất phản kháng: Căn cứ theo số liệu và thực tế lưới điện ta thấy rằng chế độ vận hành bù công suất phản kháng không linh hoạt

và gần như chỉ có một chế độ vận hành, do việc thao tác đóng cắt các cấp tụ chủ yếu phụ thuộc vào công nhân vận hành, hệ thống tụ và công suất phản kháng được vận hành ở 1 trạng thái đóng điện lâu dài Như vậy chế độ vận hành bù công suất phản kháng hiện tại không đáp ứng được nhu cầu của hệ thống điện,

và sự biến thiên của phụ tải Dẫn đến kết quả vận hành là bù thừa vào các thời gian non tải và chỉ đáp ứng hệ số công suất trong thời gian cao điểm, tương ứng

là giá trị điện áp trên lưới thay đổi theo là quá áp trong thời gian non tải và thấp

áp trong thời gian cao điểm (đủ tải), và điện áp tại các nút không bằng nhau do điểm phân bố công suất P&Q là khác nhau, như vậy chất lượng điện áp chưa cao Chất lượng điện áp chưa cao dẫn đến tổn thất trên lưới điện tăng cao, ảnh hưởng đến tuổi thọ thiết bị, và việc vận hành bù cứng ảnh hưởng đến chính tuổi thọ của cấp tụ, gây lên nhiều xác suất sự cố trên lưới điện