ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN A VƯƠNG ĐẾN CÁC CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM EVALUATION OF INFLUENCES OF AVUONG HYDROELECTRIC POWER PLANT ON OPERATION STATES OF V
Trang 1ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA NHÀ MÁY THUỶ ĐIỆN A VƯƠNG ĐẾN CÁC CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM
EVALUATION OF INFLUENCES OF AVUONG HYDROELECTRIC POWER PLANT ON OPERATION STATES OF VIETNAM POWER SYSTEM
NGÔ VĂN DƯỠNG
Đại học Đà Nẵng
NGUYỄN DUY DŨNG
Trung tâm Điều độ HTĐ miền Trung
TÓM TẮT
Hệ thống điện Việt Nam là hệ thống điện hợp nhất có các đường dây truyền tải siêu cao áp liên kết các khu vực trong toàn quốc Do đó trào lưu công suất thường xuyên thay đổi theo biểu đồ phụ tải của các khu vực cũng như khả năng phát công suất của các nhà máy điện Việc đưa một nhà máy có công suất lớn vào làm việc sẽ gây ra những thay đổi về thông số chế độ của toàn hệ thống Bài báo trình bày một số kết quả tính toán đánh giá các ảnh hưởng của nhà máy thủy điện A Vương đến các chế độ làm việc của hệ thống điện Việt Nam
ABSTRACT
Vietnam power system is a united one with ultra-high voltage transmission lines incorporating all electrical systems nationally Consequently, the power flow in transmission lines often changes according to loading charts of areas and power
of plants Putting a big power plant into operation will cause changes of state parameters of the whole system This paper presents a number of calculated results to evaluate the influences of A Vuong hydroelectric power plant on operation states of Vietnam power system
1 Đặt vấn đề:
Ngày nay hệ thống điện Việt Nam là hệ thống điện liên kết Các lưới điện khu vực, các nhà máy điện được nối liên kết với nhau thông qua đường dây 500kV tạo thành
hệ thống điện thống nhất - Hệ thống điện Quốc gia Đường dây siêu cao áp 500 kV Bắc - Nam được chính thức đưa vào vận hành ngày 27/05/1994 (mạch 1), đóng vai trò nâng cao chất lượng cung cấp điện, nâng cao hiệu quả kinh tế trong việc khai thác và vận hành hệ thống đồng thời giữ vai trò điều phối điện năng giữa các miền trong toàn quốc, đảm bảo vận hành ổn định, an toàn
Tính đến hết tháng 9/2007, phụ tải hệ thống điện quốc gia đạt 51,211 tỷ kWh, tăng 13,6% so với cùng kỳ năm 2006 Công suất cực đại khoảng 11263 MW Dự báo năm
2008, tổng sản lượng hệ thống khoảng 79.52 tỷ kWh, công suất cực đại khoảng 13.350MW Nguồn của hệ thống Việt Nam có tổng công suất lắp đặt khoảng 13110MW Công suất khả dụng thay đổi nhiều phụ thuộc vào tình hình nguồn năng lượng sơ cấp cũng như tình hình thiết bị Dự kiến năm 2008 có khoảng 11 nhà máy điện vào vận hành với tổng công suất lắp đặt khoảng 3072MW Hệ thống truyền tải có tổng chiều dài đường dây
Trang 221194km và dung lượng máy biến áp 41650MVA Dự kiến đưa thêm 4 trạm biến áp 500kV Thường Tín, Quảng Ninh, Ô Môn, Dốc Sỏi và mở rộng thêm máy thứ hai tại trạm biến áp 500kV Tân Định với tổng công suất lắp đặt 2.250MVA; Đóng điện 56 đường dây 220kV với tổng chiều dài khoảng 2.840km, lắp mới và cải tạo gần 32 trạm biến áp 220kV với dung lượng tổng gần 5600MVA trong năm 2008 [5]
Nhà máy thuỷ điện A Vương có công suất 210MW gồm 2 tổ máy, là Nhà máy kiểu hở, nằm trên bờ sông Bung thuộc huyện Đông Giang, tỉnh Quảng Nam cách thành phố Đà Nẵng khoảng 100km về phía Tây theo đường giao thông Là Nhà máy thuỷ điện
có công suất lớn được xây dựng và đưa vào vận hành đầu tiên trên hệ thống các NMTĐ trên sông Vu Gia - Thu Bồn, được kết nối vào thanh góp trạm 220kV Hòa Khánh qua đường dây 220kV mạch kép Nhiệm vụ chính của công trình là cung cấp điện năng lên lưới quốc gia với công suất lắp máy 210MW, điện năng trung bình 815 triệu kWh/năm [3] Ngoài ra công trình còn tham gia hạn chế lũ và tạo nguồn nước cho hạ lưu Khi đóng điện vận hành, nhà máy bổ sung thêm công suất vào hệ thống làm thay đổi trào lưu công suất trên hệ thống Sự thay đổi này phụ thuộc vào phương thức vận hành cũng như cấp điện áp nguồn mới được nối vào, khi kết nối với hệ thống ở cấp điện áp càng cao thì ảnh hưởng đến hệ thống càng lớn [2,7]
Nhà máy thủy điện A Vương dự kiến đưa vào vận hành ngày 31 tháng 12 năm
2008 Do đó bài báo tập trung tính toán đánh giá ảnh hưởng của nó đến các chế độ vận hành của hệ thống điện nhằm có những điều chỉnh thông số bảo vệ rơle và phương án kết lưới đảm bảo hệ thống vận hành tin cậy
2 Xây dựng cơ sở dữ liệu và lựa chọn phần mềm tính toán:
Hiện nay để tính toán các chế độ hệ thống điện có thể sử dụng nhiều phần mềm khác nhau: PSS/E, PSS/ADEPT, POWERWORLD SIMULATOR, CONUS Mỗi phần mềm đầu có một số chức năng và phạm vi ứng dụng khác nhau PSS/ADEPT thường được
sử dụng tính toán cho lưới phân phối POWERWORLD SIMULATOR phù hợp cho việc xây dựng các hệ thống mô phỏng vận hành hệ thống điện thích hợp cho công tác đào tạo CONUS dùng để tính toán trào lưu công suất và đánh giá ổn định hệ thống Ưu điểm của phần mềm CONUS là có thể nhập trực tiếp thông số đường dây và máy biến áp vào file số liệu mà không cần tính toán thông số sơ đồ thay thế PSS/E là phần mềm mạnh có nhiều chức năng như mô phỏng hệ thống điện, tính toán trào lưu công suất, tính toán ngắn mạch,
ổn định hệ thống điện, [6] Hiện nay phần mềm PSS/E đang được các công ty điện lực ở Việt Nam sử dụng để tính toán thiết kế cũng như quản lý vận hành hệ thống Để đánh giá ảnh hưởng của nhà máy thủy điện A Vương đến các chế độ vận hành của hệ thống điện Việt Nam, tác giả sử dụng phần mềm PSS/E do những ưu điểm của nó Đồng thời bộ số liệu về hệ thống điện Việt Nam đã được cập nhật một cách đầy đủ và tương đối chính xác [4], nhờ đó việc tính toán được thực hiện nhanh chóng và kết quả tính toán đủ tin cậy
3 Đánh giá ảnh hưởng của A Vương đến chế độ vận hành của hệ thống điện Việt Nam:
3.1 Ảnh hưởng của A Vương đến phương thức vận hành:
Hệ thống điện đang vận hành, giả thiết điều kiện thiết bị và thao tác như nhau, khi
đó phương thức vận hành cơ bản là phương thức đảm bảo được chất lượng điện năng và
Trang 3- PA1: các trạm 500kV Đà Nẵng, Dốc Sỏi, trạm 220kV Hoà Khánh, Huế, Đồng
Hới vận hành mạch vòng 220kV – 110kV và khép vòng với trạm 500kV Hà Tĩnh qua đường dây 220kV Hà Tĩnh - Đồng Hới cấp điện từ Quảng Bình đến Tư Nghĩa (đường dây
Mộ Đức - Tư Nghĩa cắt tại đầu Mộ Đức) Trạm 500kV Pleiku và Phú Lâm nối vòng đi qua các trạm 220kV Đa Nhim, Nha Trng, KrôngBuk, Qui Nhơn cùng hoà với hai nhà máy thuỷ điện Sông Hinh và Vĩnh Sơn cấp đến Mộ Đức
- PA 2: Tương tự như PA 1 nhưng chuyển Mộ Đức sang nhận điện khu vực trạm
500kV Đà Nẵng
- PA 3: Tương tự như PA 2 nhưng chuyển Tam Quan sang nhận điện khu vực
trạm 500kV Đà Nẵng
Khi chưa có A Vương: PA 3 có điện áp cuối nguồn thấp (103.3kV) nằm ngoài phạm vi cho phép 110±5%, PA 1 và PA 2 có điện áp lệch nhau không nhiều (không quá 5%) và nằm trong phạm vi cho phép Tổn thất công suất trên hệ thống điện miền Trung khi vận hành theo PA 1 ở chế độ cực đại/cực tiểu là 38.3/25.9 MW, nhỏ hơn tổn thất công suất của hai phương án còn lại (PA 2 có tổn thất 38.9/26.5 MW, PA 3 có tổn thất 39.5/26.8 MW) Vận hành theo PA 1 sẽ kinh tế hơn và chọn phương án 1 làm phương thức vận hành cơ bản
Kết quả tính toán cũng tương tự đối với trường hợp có nhà máy thủy điện A Vương Chế độ điện áp các nút ở ba phương án chênh nhau không nhiều, đều nằm trong phạm vi cho phép nhưng tổn thất công suất của PA 1 thấp hơn và được chọn làm phương thức vận hành cơ bản
Như vậy sự tham gia của nhà máy thủy điện A Vương không làm thay đổi phương thức vận hành cơ bản của hệ thống điện
3.2 Ảnh hưởng của A Vương đến vấn đề điện áp trên hệ thống điện:
3.2.1 Chế độ làm việc bình thường:
Ở chế độ không tải, thủy điện A Vương như một máy bù đồng bộ nên điện áp khu vực được cải thiện đáng kể Khi A Vương phát công suất tác dụng vào hệ thống làm tăng tổn thất điện áp So sánh kết quả tính toán ứng với hai chế độ cực đại và cực tiểu của hệ thống nhận thấy Nhà máy điện A Vương góp phần cải thiện được điện áp lúc cao điểm và giảm được điện áp lúc thấp điểm, đặc biệt trong trường hợp có điều chỉnh điện áp tại thanh góp nhà máy (kết quả tính toán trong Bảng 1)
Bảng 1
Chế độ Nút
Điện áp (kV) Chế độ phát của A Vương chưa có không tải phát 50%P phát 100%P Cực đại Đồng Hới 220kV 215.29 218.5 217.36 216.84
TC 220kV - T500ĐN 223.9 227.39 227.09 227.11 Cực tiểu Đồng Hới 220kV 222.95 222.78 222.59 220.75
TC 220kV - T500ĐN 227.95 227.75 227.66 225.69
Trang 43.2.2 Các chế độ sự cố một phần tử (sự cố N-1) [1]
Có rất nhiều sự cố N-1,
cần xem xét các sự cố nặng nề
nhất ở khu vực liên quan để
đánh giá hiệu quả cải thiện điện
áp của A Vương Đó là các sự
cố:
- Sự cố mất điện đường
dây 220kV Hà Tĩnh - Đồng
Hới
- Sự cố mất điện đường
dây 220kV Đà Nẵng - Huế
Khi xảy ra các sự cố
trên, điện áp khu vực thấp, điện
áp phía 220kV trạm Đồng Hới
trường hợp mất điện đường dây
220kV Hà Tĩnh - Đồng Hới là 190.8kV thấp hơn mức điện áp cho phép khi có sự cố (220-10%kV) Tình hình điện áp được cải thiện đáng kể khi có A Vương Mức độ tăng điện áp trong khu vực với chế độ A Vương phát 2 tổ máy với công suất định mức (210MW) khoảng 4-5 (%) đối với trường hợp sự cố đường dây 220kV Hà Tĩnh - Đồng Hới; tăng 2 - 3% đối với trường hợp sự cố đường dây 220kV Đà Nẵng - Huế Nhờ có A Vương, điện áp trong khu vực được đưa về giới hạn cho phép vận hành khi có sự cố, điện áp tại Đồng Hới
là 198.6kV Điện áp này có thể nâng lên cao hơn kết quả khảo sát trên do A Vương còn khả năng điều chỉnh tăng điện áp đầu cực máy phát
Đường cong P-V
0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95 1 1.05 1.1 1.15 1.2
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320
Công suất phụ tải (MW)
Có A Vương Không có A Vương
320MW 310MW
Hình 1: Đặc tính P-V
3.2.3 Ảnh hưởng đến sự ổn định điện áp của hệ thống điện:
Khi phụ tải tăng lên thì điện áp của hệ thống giảm Ổn định của nút phụ tải chủ yếu xét đến ổn định điện áp, tức là tính toán khả năng tải sao cho tránh được sụp đổ điện
áp Sử dụng chương trình PSS/E tính toán biến thiên điện áp khi tăng tải Quảng Bình, Quảng Trị, Thừa Thiên - Huế từng bước và vẽ được đặc tính P-V như hình 1, các khu vực khác vẫn giữ mức phụ tải ở chế độ cực đại Hệ thống bị sụp đổ điện áp khi công suất khu vực Quảng Bình, Quảng Trị, Thừa Thiên - Huế trong trường hợp không có A Vương là 310MW và trường hợp có A Vương thì phụ tải khu vực này có thể tăng lên 320MW mới xảy ra sụp đổ điện áp
3.3 Ảnh hưởng của A Vương đến các thiết bị hiện tại trong hệ thống:
Các thiết bị bảo vệ rơle hiện có trên lưới được tính toán vận hành với chế độ hệ thống điện chưa có Nhà máy thủy điện A Vương Việc đưa nhà máy thủy điện A Vương vào vận hành làm cho kết cấu của hệ thống điện thay đổi do đó cần phải thực hiện các tính toán sự biến động của dòng ngắn mạch và biến động tổng trở trên rơle khoảng cách khi có dao động trên lưới
- Dòng ngắn mạch:
Tính toán dòng ngắn mạch trong hai chế độ vận hành cực đại và cực tiểu của hệ thống ứng với hai trường hợp có và không có nhà máy thuỷ điện A Vương Nhà máy thuỷ điện A Vương, chế độ cực tiểu tính cho trường hợp vận hành một tổ máy và đường dây
Trang 5Dòng sự cố tại các trạm
trong khu vực Đà Nẵng như trạm Đà
Nẵng, Hoà Khánh, Cầu Đỏ, Xuân
Hà, Liên Trì, Liên Chiểu tăng từ
100 – 500A phía 220kV, 100 –
300A phía 110kV, dưới 200A đối
với phía 22kV và 35kV khi có sự
tham gia của nhà máy thủy điện A
Vương; Các khu vực khác chịu ảnh
hưởng rất ít, không đáng kể (dòng
sự cố chỉ thay đổi vài chục ampe)
- Ảnh hưởng của A Vương
đến sự biến thiên tổng trở tính toán
trên các rơle bảo vệ:
Xét đến sự cố 3 pha giữa
đường dây A Vương - Hòa Khánh ở
thời điểm 0.5s, bảo vệ đường dây
cắt sự cố sau 100ms và đóng lặp lại thành công ở thời điểm 1.6s Khi không có nhà máy thủy điện A Vương, tổng trở rơle nhìn thấy chỉ biến thiên do sự cố và không có dao động Khi có sự tham gia của nhà máy, cả điện trở và điện kháng biến thiên rất lớn có lúc gần bằng với tốc độ biến thiên tống trở do sự cố gây ra và thậm chí còn đảo dấu điện trở (hình 2) Điều này dễ dẫn đến bảo vệ rơle tác động nhầm, để bảo vệ rơle làm việc tin cậy cần đưa các chức năng nhận biết dao động công suất vào làm việc
1.1935
-1.1015 -0.76255 -0.15366
-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2
Thời gian (giây)
Điện trở R - có A Vương Điện kháng - có A Vương Điện trở R - không A Vương Điện kháng X - không A Vương
Hình 2: Biến thiên R và X đo tại rơle khoảng cách
đường dây 220kV Hòa Khánh - Đà Nẵng
3.4 Ảnh hưởng của A Vương đến ổn định quá độ hệ thống điện:
3.4.1 Khi đóng / cắt máy phát:
Trong chế độ cắt đột ngột
một tổ máy, ta giả thiết hai tổ máy
đang vận hành song song và một tổ
máy bị tách ra, còn trong chế độ
đóng hòa máy phát giả thiết hai tổ
máy của A Vương đang tách lưới
và tiến hành đóng không tải 1 tổ
máy Biến thiên điện áp tại thanh
cái 220kV trạm Hòa Khánh và
biến thiên tốc độ roto máy phát
được biểu diễn trong hình 3 Trong
cả hai trường hợp đóng hoặc cắt
đột ngột một tổ máy thì điện áp tại
Hòa Khánh và tốc độ quay roto
máy phát A Vương đều xảy ra dao
động Các dao động này tắt dần
trong khoảng thời gian 6s Sự dao
động lúc đóng hòa máy mạnh hơn
so với trường hợp tách máy phát Điện áp biến thiên nhỏ, khoảng 1% nhưng sau đó được phụ hồi trở lại
1.029 1.03 1.031 1.032 1.033 1.034 1.035
Thời gian (giây)
-0.005 -0.004 -0.003 -0.002 -0.001 0 0.001 0.002 0.003 0.004
U_Hkhánh (dóng không tải) U_Hkhánh (cắt MF)
Hình 3: Biến thiên điện áp và tốc độ khi đóng/cắt máy phát
Tốc độ AV (đóng không tải) Tốc độ (cắt MF)
Trang 6Như vậy việc cắt một hoặc 2 tổ máy hoặc đóng hòa máy phát của nhà máy thủy điện A Vương không làm ảnh hưởng đến tính ổn định của hệ thống
3.4.2 Khi có sự cố:
Giả thiết đường dây được
trang bị bảo vệ rơle tác động nhanh
(0s) khi sự cố trên đường dây Máy
cắt mở do sự cố có tổng thời gian
tác động của rơle, các thiết bị trung
gian và máy cắt để tiếp điểm máy
cắt mở và hồ quang được dập tắt
hoàn toàn được giả thiết là 100ms
Trường hợp đóng máy cắt, giả thiết
từ lúc rơle phát lệnh đóng đến khi
các tiếp điểm của máy cắt đóng
hoàn toàn là 40ms Xét sự cố nặng
nề nhất là sự cố đầu đường dây
220kV từ NMTĐ A Vương đi Hòa
Khánh mạch 1 với thời gian đóng
lặp lại là 1,5s, điện áp 220kV tại
Hòa Khánh và biến thiên tốc độ
roto của A Vương như hình 4 Khi
tự động đóng lại đường dây thành công, hệ thống giữ ổn định, dao động xuất hiện và tắt dần trong vòng 6s Trường hợp đóng lại không thành công thì hệ thống vẫn giữ ổn định nhưng dao động tắt chậm hơn, khoảng 8 - 9s
0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1
-0.02 0.98 1.98 2.98 3.98 4.98 5.98 6.98
Thời gian (giây)
-0.012 -0.007 -0.002 0.003 0.008 0.013
U_Hkhánh (AR thành công) U_Hkhánh (AR không thành công)
4 Kết luận
Sự tham gia của Nhà máy thủy điện A Vương không làm thay đổi phương thức vận hành cơ bản của hệ thống điện Nhà máy thủy Điện A Vương góp phần giảm tổn thất công suất trong hệ thống, giảm được lượng công suất truyền tải từ miền Nam ra miền Bắc trên các đường dây 500kV, cải thiện được chất lượng điện năng khi có sự cố N-1 Việc đóng hoặc cắt các tổ máy cũng như sự cố trên đường dây 220kV A Vương - Hòa Khánh không làm hệ thống mất ổn định cho dù tự động đóng lặp lại làm việc thành công hay không
Khi đóng điện nhà máy thủy điện A Vương, dòng ngắn mạch trên hệ thống có thay đổi, tùy vào vị trí mà mức độ tăng dòng ngắn mạch có khác nhau Các trạm biến áp trong khu vực Đà Nẵng như trạm các trạm Đà Nẵng, Hoà Khánh, Cầu Đỏ, Xuân Hà, Liên Trì, Liên Chiểu chịu ảnh hưởng của Nhà máy thuỷ điện A Vương với mức tăng dòng ngắn mạch từ 100 – 500A phía 220kV, 100 – 300A phía 110kV, dưới 200A đối với phía 22kV
và 35kV; còn các khu vực khác chịu ảnh hưởng rất ít hoặc không đáng kể (dòng sự cố chỉ thay đổi vài chục ampe)
Khi không có nhà máy thủy điện A Vương, tổng trở nhìn bởi rơle khoảng cách chỉ biến thiên do sự cố và không có dao động Khi có sự tham gia của nhà máy, cả điện trở và điện kháng biến thiên rất lớn và thậm chí còn đảo dấu điện trở Tốc độ biến thiên tổng trở
do dao động là rất lớn và có lúc gần bằng với tốc độ biến thiên tống trở do sự cố gây ra,
Hình 4: Biến thiên điện áp và tốc độ roto khi có sự cố
Tốc độ AV (AR thành công) Tốc độ (AR không thành công)
Trang 7Như vậy khi có sự tham gia của nhà máy thủy điện A Vương cần thiết phải tính toán đầy đủ các chế dộ sự cố để xác định sự biến thiên của dòng ngắn mạch, điện trở và điện kháng một cách chính xác để chỉnh định các thông số bảo vệ của rơle nhằm đảm bảo
độ tin cậy cho hệ thống điện
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Lã Văn Út, Ngắn mạch trong hệ thống điện, Nxb Khoa học và Kỹ thuật, 2000
[2] Lã Văn Út, Phân tích và điều khiển ổn định hệ thống điện, NXB KH&KT,
2000
[3] Nhà máy thủy điện A Vương, Thông số kỹ thuật các thiết bị chính
[4] Trung Tâm Điều Độ hệ thống điện Quốc Gia, Thông số hệ thống điện Việt
Nam năm 2008
[5] Qui hoạch phát triển điện lực Quốc Gia giai đoạn 2006 - 2015 - Tổng sơ đồ
VI
[6] Siemens Power Transmission & Distribution, Inc, PSS/E™ 30.2 USERS
MANUAL, November 2005
[7] Hadi Saadat, Power System Analysis, The McGraw Hill Conpanies Inc, 2002.
