Nghiên cứu các giải pháp nâng cao chất lượng điện năng trong lưới phân phối

Do ñó, trong quá trình sử dụng nếu có sự sai khác về chất lượng ñiện năng sẽ dẫn ñến làm các trang thiết bị ñiện hoạt ñộng kém hiệu quả, hư hỏng thiết bị, gây thiệt hại về kinh tế…Vì vậy

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Chuyên ngành: Kỹ thuật ñiện

Mã số ngành: 60.52.02.02

Giáo viên hướng dẫn: TS Nguyễn ðăng Toản

Hà Nội – 2013

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ……… i

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu tính toán và kết quả nghiên cứu nêu trong luận văn này là trung thực và chưa từng ñược công bố trong bất kỹ một luận văn nào

Tôi xin cam ñaon rằng, mọi sự giúp ñỡ cho việc thực hiện luận văn này ñã ñược cảm ơn, các thông tin trích dẫn mà tác giả tham khảo ñã ñược chỉ rõ nguồn gốc

Hà Nội, ngày… tháng… năm 2013

Tác giả luận văn

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ……… ii

LỜI CẢM ƠN

Sau một thời gian nghiên cứu, ñến nay luận văn “Nghiên cứu các giải pháp nâng

cao chất lượng ñiện năng trong lưới phân phối” ñã ñược hoàn thành Trong quá trình nghiên cứu, Tôi ñã nhận ñược sự giúp ñỡ của các thầy giáo, cô giáo và các bạn bè ñồng nghiệp, ñặc biệt là sự hướng dẫn tận tình và chu ñáo của giáo viên hướng dẫn –

TS.Nguyễn ðăng Toản

Tôi xin chân thành cảm ơn và xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành ñến thầy giáo

TS.Nguyễn ðăng Toản, các thầy cô giáo trong Khoa Hệ thống ñiện Trường ñại học

ñiện lực, các thầy cô giáo trong bộ môn Hệ thống ñiện, Khoa Cơ – ðiện Trường ñại học nông nghiệp Hà Nội ñã tạo ñiều kiện giúp ñỡ Tôi xây dựng và hoàn thành bản luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn các bạn bè ñồng nghiệp và cán bộ của chi nhánh ñiện Vĩnh Yên – Vĩnh Phúc ñã giúp ñỡ Tôi hoàn thành luận văn này

Xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày… tháng… năm 2013

Tác giả luận văn

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ……… iii

MỤC LỤC CHƯƠNG 1 MỞ ðẦU 1

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƯỢNG ðIỆN NĂNG 6

2.1.CÁC CHỈ TIÊU CƠ BẢN ðÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ðIỆN NĂNG TRONG LƯỚI PHÂN PHỐI 6

2.1.1.Chất lượng tần số 7

2.1.2.Chất lượng ñiện áp 8

2.1.2.1 ðộ lệch ñiện áp 8

2.1.2.2 Dao ñộng ñiện áp 12

2.1.2.3 ðộ không ñối xứng ñiện áp (ðộ cân bằng pha) 13

2.1.2.4 ðộ không hình sin của ñiện áp (sóng hài) 14

2.1.3.ðộ tin cậy cung cấp ñiện 17

2.2.CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ðẾN CHẤT LƯỢNG ðIỆN NĂNG 18

2.3.1.Ngắn mạch 18

2.3.2.Chạm ñất trong lưới ñiện có trung ñiểm không nối ñất hoặc nối ñất qua cuộn dây dập hồ quang 21

2.3.3.ðứt dây (hoặc hở mạch) một pha 22

2.3.4.Quá tải 24

2.3.ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT LƯỢNG ðIỆN NĂNG 24

CHƯƠNG 3 CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ðIỆN NĂNG TRONG LƯỚI PHÂN PHỐI 27

3.1.NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ðIỆN NĂNG BẰNG CÁC BIỆN PHÁP VỀ TỔ CHỨC QUẢN LÝ VÀ VẬN HÀNH 27

3.1.1.Phân bố phụ tải hợp lý 28

3.1.2.Chọn sơ ñồ cung cấp ñiện hợp lý 28

3.1.3.ðiều chỉnh chế ñộ làm việc của phụ tải một cách hợp lý 28

3.1.4.Phân bố thời gian làm việc hợp lý, không vận hành khi non tải 28

3.1.5.Lựa chọn tiết diện dây trung tính hợp lý 28

3.1.6.Phân bố ñều phụ tải giữa các pha, sử dụng thiết bị ñiện ba pha 28

3.1.7.Với các lưới ñiện có nhiều phụ tải một pha nên chọn MBA có tổ nối dây kiểu sao – zích zắc ñể làm giảm hao tổn do dòng thứ tự không gây ra 28

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ……… iv

3.2.NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ðIỆN NĂNG BẰNG CÁC BIỆN PHÁP ðIỀU CHỈNH ðIỆN ÁP 28

3.2.1.Một số vấn ñề chung về ñiều chỉnh ñiện 29

3.2.2.ðiều chỉnh ñiện áp bằng các thiết bị ñiều chỉnh như: ñầu phân áp máy biến áp, máy biến áp bổ trợ, máy biến áp ñiều chỉnh ñường dây, máy bù ñồng bộ 30

3.2.3.Nâng cao chất lượng ñiện áp bằng biện pháp khử sóng hài 31

3.2.4.Nâng cao ñiện áp bằng biện pháp thay ñổi tiết diện dây dẫn 32

3.2.5.Nâng cao chất lượng ñiện áp bằng cách nâng cao ñiện áp của lưới ñiện 32

3.2.6.Nâng cao chất lượng ñiện bằng bù công suất phản kháng 33

3.2.6.1.Quan hệ giữa công suất phản kháng và ñiện áp 33

3.2.6.2.Nguyên tắc bù công suất phản kháng 37

3.2.6.3.Phương pháp bù công suất phản kháng 38

3.2.6.4.Công nghệ FACTS (Flexible AC Transmission Systems) 40

3.3.NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ðIỆN NĂNG BẰNG CÁC BIỆN PHÁP NÂNG CAO ðỘ TIN CẬY CUNG CẤP ðIỆN 42

3.3.1.Các giải pháp nâng cao ñộ tin cậy cung cấp ñiện trong lưới ñiện phân phối 42

3.3.1.1 Các giải pháp làm giảm sự cố 42

3.3.1.2 Các giải pháp làm giảm thời gian mất ñiện 44

3.3.1.2.1.Bố trí máy cắt tự ñộng ñóng lại (Recloser) 44

3.3.1.2.2.Tăng cường phân ñoạn ñường dây 48

3.3.1.2.3.Thay ñổi ñường ñặc tính của thiết bị bảo vệ ñể phù hợp với ñiều kiện hiện tại của lưới ñiện 52

3.3.1.2.4.Sử dụng thiết bị chỉ báo sự cố FLA3 của hãng EMG (Cộng hòa liên bang ðức) 52

3.3.1.2.5.Phối hợp các thiết bị bảo vệ quá dòng ñiện 53

CHƯƠNG 4 ðÁNH GIÁ LƯỚI ðIỆN BẰNG PHẦN MỀM PSS/ADEPT 5.0 57

4.1.Giới thiệu về phần mềm PSS/ADEPT 57

4.2.Phân bố công suất, kiểm tra ñộ lệch ñiện áp của lưới ñiện 63

4.3.Tính toán bù công suất phản kháng bằng phần mềm PSS/ADEPT 65

4.3.1.Phương pháp tính xác ñịnh vị trí bù tối ưu của phần mềm PSS/ADEPT 65

4.3.2.Cách PSS/ADEPT tính toán các vấn ñề kinh tế trong CAPO[] 65

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ……… v

4.3.3.Thiết lập các thông số kinh tế lưới ñiện cho CAPO 66

4.3.4.Các bước thực hiện bài toán CAPO bù công suất phản kháng 68

4.4 Phân tích ñộ tin cậy của lưới ñiện bằng phần mềm PSS/ADEPT 69

4.4.1.Phương pháp ñánh giá ñộ tin cậy cung cấp ñiện theo tiêu chuẩn IEEE-1366 69

4.4.2.Các chỉ số ñược sử dụng ñể tính toán ñộ tin cậy của lưới ñiện phân phối 70

4.4.3.Các chỉ tiêu ñánh giá ñộ tin cậy cung cấp ñiện theo tiêu chuẩn IEEE-1366 71

4.4.3.1 Các chỉ số ñánh giá ñộ tin cậy về mặt mất ñiện kéo dài 71

4.4.3.2 Các chỉ số ñánh giá ñộ tin cậy về mặt mất ñiện thoáng qua 72

4.4.4.Công tác ñánh giá ñộ tin cậy lưới ñiện phân phối ở Việt Nam 73

4.4.5.Trách nhiệm bồi thường của ngành ñiện lực[] 74

4.4.6.Các thông số dùng cho phân tích ñộ tin cậy lưới ñiện 75

4.4.7.Các bước thực hiện tính toán ñộ tin cậy của lưới ñiện với chức năng DRA 75

CHƯƠNG 5 ÁP DỤNG TÍNH TOÁN VỚI LƯỚI ðIỆN CỤ THỂ 78

5.1.Hiện trạng lưới ñiện tỉnh Vĩnh Phúc và lộ 471 E4.3 78

5.2.Tính toán các chỉ số kỹ thuật của lộ 471-E4.3 tại thời ñiểm ban ñầu 83

5.2.1.Tổn thất trên lưới ñiện tại thời ñiểm ban ñầu 83

5.2.2.ðộ tin cậy của lưới ñiện tại thời ñiểm ban ñầu 85

5.3.Thực hiện các biện pháp kỹ thuật cải thiện chất lượng ñiện cho lộ 471-E4.3 87

5.3.1.Thực hiện bù công suất phản kháng ñể nâng cao chất lượng ñiện áp 88

5.3.2.Thực hiện phân ñoạn ñường dây ñể nâng cao ñộ tin cậy cung cấp ñiện cho lộ 471-E4.3 98

5.3.3.Tính toán các chỉ tiêu kinh tế 101

5.3.3.1 Tính toán thiệt hại do mất ñiện 102

5.3.3.2 Chi phí ñầu tư thiết bị nhằm nâng cao chất lượng ñiện 104

5.3.3.3 Tính toán kinh tế các biện pháp nâng cao chất lượng ñiện 104

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 107

1.Kếtluận 107

2.Hướng phát triển ……… 108

TÀI LIỆU THAM KHẢO 109

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ……… vi

DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1.ðộ biến dạng sóng hài ñiện áp cho phép 16

Bảng 2.2.Các dạng ngắn mạch và xác suất xảy ra[] 18

Bảng 2.3.Tỉ lệ hư hỏng thiết bị khi ngắn mạch[] 20

Bảng 2.4.Ảnh hưởng của chiếu sáng ñến năng suất lao ñộng[] 25

Bảng 3.1.Bảng hệ số nhân cầu chì loại cắt nhanh (K)[] 54

Bảng 5.1.Các thông số kỹ thuật trạm 220kV, 110kV hiện có của tỉnh Vĩnh Phúc 78

Bảng 5.2.Bảng công suất tải 7 mùa ñông ngày tháng 11 năm 2012 80

Bảng 5.3.Bảng công suất và phụ tải cực ñại của lộ 471-E4.3 81

Bảng 5.4.Bảng thông số máy biến áp lộ 471-E4.3 82

Bảng 5.5.Cường ñộ sự cố lộ 471-E4.3 năm 2012 83

Bảng 5.6.Các nút 22kV có ñiện áp nằm ngoài dải cho phép 83

Bảng 5.7.Các nút 0,4kV có ñiện áp nằm ngoài dải cho phép 84

Bảng 5.8.Tổn thất công suất ban ñầu 85

Bảng 5.9.Tổn thất kỹ thuật ban ñầu 85

Bảng 5.10.Các chỉ số ñộ tin cậy cung cấp ñiện của phần mềm 86

Bảng 5.11.Các chỉ số ñộ tin cậy ban ñầu khi xảy ra 01 sự cố 86

Bảng 5.12.Các chỉ số ðTC ban ñầu khi xảy ra sự cố thứ 2 87

Bảng 5.13.ðiện áp các nút 22kV sau bù 88

Bảng 5.14.Các nút 0,4kV có ñiện áp ngoài dải ñiện áp cho phép sau bù 89

Bảng 5.15.ðiện áp các nút 22kV sau bù 90

Bảng 5.16.Các nút 0,4kV có ñiện áp ngoài dải ñiện áp cho phép sau bù 91

Bảng 5.17.ðiện áp các nút 22kV sau bù 92

Bảng 5.18.Các nút 0,4kV có ñiện áp ngoài dải ñiện áp cho phép sau bù 93

Bảng 5.19.ðiện áp các nút 22kV sau bù 94

Bảng 5.20.Các nút 0,4kV có ñiện áp ngoài dải ñiện áp cho phép sau bù 95

Bảng 5.21.Bảng tổng hợp tổn thất công suất lộ 471-E4.3 96

Bảng 5.22.Bảng tổng hợp tổn thất kỹ thuật lộ 471-E4.3 97

Bảng 5.23.Tổn thất công suất lộ 471-E4.3 97

Bảng 5.24.Các chỉ số ðTC khi thực hiện phân ñoạn sự cố Line19 bằng Sectionalizer 99

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ……… vii

Bảng 5.25.Các chỉ số ðTC khi thực hiện phân ñoạn sự cố nút 30

bằng Sectionalizer 100

Bảng 5.26.Các chỉ số ðTC khi thực hiện phân ñoạn bằng 01 Recloser ñầu

nguồn 101

Bảng 5.27.Bảng tổng hợp các phương án phân ñoạn của lộ 471- E4.3: 101

Bảng 5.28.Giá bán lẻ ñiện cho các ngành sản xuất có cấp ñiện áp từ 22Kv

ñến 110kV năm 2012 104

Bảng 5.29.So sánh kinh tế các phương án nâng cao chất lượng ñiện

lộ 471-E4.3 106

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ……… viii

DANH MỤC HÌNH Hình 2.1 ðường ñặc tính 7

Hình 2.2 a) Sơ ñồ lưới ñiện b) Miền chất lượng ñiện áp 9

Hình 2.3 ðồ thị biểu diễn miền chất lượng ñiện áp trong lưới phân phối 11

Hình 2.4 Sự không ñối xứng ñiện áp 13

Hình 2.5 Dạng sóng ñiện áp lý tưởng (a) và các thay ñổi thông số lưới ñiện (b) 15

Hình 2.6 Các bậc sóng hài thường gặp 15

Hình 2.7 Ảnh hưởng của sóng hài làm méo dạng sóng ñiện áp 15

Hình 2.8 Các dạng ngắn mạch thường gặp 19

Hình 2.9 Một số hình ảnh minh họa 20

Hình 2.10.Chạm ñất một pha trong lưới ñiện có trung tính không nối ñất hoặc nối ñất qua cuộn dập hồ quang 22

Hình 2.11.ðứt dây một pha trên ñường dây truyền tải (a) 23

Hình 2.12.Sơ ñồ ñẳng trị phức hợp ñể tính toán dòng thứ tự nghịch (b) 23

Hình 2.13.Dòng thứ tự nghịch chạy vào máy phát ñiện: khi ñứt một pha (1); khi vừa ñứt dây vừa chạm ñất một pha (2) 24

Hình 2.14.ðặc tính của ñèn sợi ñốt 25

Hình 2.15.Mối quan hệ giữa công suất và ñiện áp 26

Hình 3.2-Hiệu quả bù dọc 39 Hình 3.3-Một số hình ảnh minh họa 44

Hình 3.4-Bố trí recloser trên lưới ñiện 45

Hình 3.5-Recloser một pha dập hồ quang bằng dầu 46

Hình 3.6-Recloser ba pha 46 Hình 3.7-Trình tự cắt tức thời của Recloser ñiện tử 48

Hình 3.8-Lưới phân phối hình tia không phân ñoạn 49

Hình 3.9-Lưới phân phối hình tia có phân ñoạn 49

Hình 3.10-Lưới ñiện kín vận hành hở 49

Hình 3.11-Máy cắt không khí 50

Hình 3.12-Các bộ phận bên ngoài của máy cắt 50

Hình 3.13-Phân ñoạn thanh cái bằng thiết bị tự ñộng ñóng lại 51

Hình 3.14-Sectionalizer ba pha (a) và một pha (b) 51

Hình 3.15-Các bộ phận bên ngoài của sectionalizer(a), bố trí sectionalizer trên lưới ñiện(b) 52 Hình 3.16-Minh họa việc sử dụng thiết bị chỉ báo sự cố FLA3 trên lưới ñiện hình tia 52

Hình 3.17-Phối hợp ñặc tuyến TCC của recloser và cầu chì 54

Hình 3.18-Sơ ñồ phối hợp và ñiều khiển recloser và sectionalizer 56

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ……… ix

Hình 4.1-Giao diện chính của chương trình PSS/ADEPT 5.0 59

Hình 4.2-Các nút và thiết bị vẽ sơ ñồ lưới ñiện 60

Hình 4.3-Chu trình triển khai chương trình PSS/ADEPT 60

Hình 4.4-Thẻ lựa chọn cấu hình và thư viện các thông số của các phần tử lưới ñiện 61

Hình 4.5-Thẻ nhập các thông tin cơ bản về lưới ñiện 62

Hình 4.6-Thẻ lựa chọn hình thức hiển thị kết quả phân tích trên sơ ñồ 62

Hình 4.7-Cửa sổ nhập ñồ thị phụ tải 64

Hình 4.8-Cửa sổ chọn thời ñiểm trên ñồ thị phụ tải 64

Hình 4.9-ðiện áp các nút trên lưới ñiện 65

Hình 4.10-Cửa sổ thiết lập các thông số kinh tế cho bù 67

Hình 4.11-Thiết lập các thông số bù 68

Hình 4.12-Hiển thị kết quả bù 69

Hình 4.13-ðường cong SAIFI tại Châu Âu[] 70

Hình 5.1-Hiển thị kết quả phân tích ñộ tin cậy lưới ñiện 77

Hình 5.3-Hiện trạng ñường dây trong giờ cao ñiểm 85

Hình 5.4-Kết quả tính toán ðTC lưới ñiện khi có sự cố tại nút 30 86

Hình 5.5-Kết quả tính toán ðTC lưới ñiện sau 02 sự cố 87

Hình 5.6-Kết quả tính toán bù công suất phản kháng lộ 471-E4.3 90

Hình 5.7-Kết quả tính toán bù công suất phản kháng lộ 471-E4.3 92

Hình 5.8-Kết quả tính toán bù công suất phản kháng lộ 471-E4.3 94

Hình 5.9-Kết quả tính toán bù công suất phản kháng lộ 471-E4.3 96

Hình 5.10-Kết quả tính toán ðTC lưới ñiện sau khi cô lập sự cố Line19 bằng 01 Sectionalizer (các chỉ số tin cậy ñoạn sự cố vượt quá mức 125%) 99

Hình 5.11-Kết quả tính toán ðTC lưới ñiện sau khi cô lập sự cố bằng 02 Sectionalizer 100

Hình 5.12-Kết quả tính toán ðTC lưới ñiện khi phân ñoạn bằng 01 Recloser và 02

Secctionalizer 101

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ……… 1

1.1 ðặt vấn ñề

ðiện năng là một dạng năng lượng vô cùng quan trọng, ñược sử dụng trong mọi lĩnh vực của ñời sống vì ñiện năng có thể dễ dàng biến ñổi thành các dạng năng lượng khác, và có thể truyền tải ñi xa một cách nhanh chóng ðiện năng là một nguồn lực quan trọng ñể phát triển kinh tế, văn hoá, xã hội…Ở nước ta hiện nay, nguồn ñiện năng sản xuất và cung cấp vẫn chưa ñáp ứng ñủ nhu cầu tiêu dùng trong nước, vì vậy vấn ñề chất lượng ñiện năng chưa ñược quan tâm ñúng mức ñối với cả bên các hộ tiêu dùng và bên sản xuất, cung cấp ñiện

Các trang thiết bị sử dụng ñiện ñều ñược sản suất theo các tiêu chuẩn về chất lượng ñiện năng (theo cấp ñiện áp và tần số) Do ñó, trong quá trình sử dụng nếu có sự sai khác về chất lượng ñiện năng sẽ dẫn ñến làm các trang thiết bị ñiện hoạt ñộng kém hiệu quả, hư hỏng thiết bị, gây thiệt hại về kinh tế…Vì vậy, việc nâng cao ñộ tin cậy cung cấp ñiện và ñảm bảo chất lượng ñiện năng là một vấn ñề cần ñược quan tâm và nghiên cứu nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng ñiện, giảm tổn thất ñiện năng, tránh lãng phí và các thiệt hại về mọi mặt

Việc ñánh giá chất lượng ñiện năng, ngoài các tiêu chuẩn về ñiện áp, tần số còn cả các vấn ñề về ñộ tin cậy cung cấp ñiện Sự ngừng cung cấp ñiện phụ thuộc vào các loại phụ tải ñiện và sẽ gây ra các thiệt hại to lớn về kinh tế Do ñó, việc nâng cao ñộ tin cậy cung cấp ñiện là nhiệm vụ trọng tâm của hệ thống cung cấp ñiện nhằm ñảm bảo chất lượng ñiện

Hiện nay, các nguồn năng lượng sơ cấp ngày càng cạn kiệt, các công nghệ phát ñiện hiện tại ñang gây ô nhiễm môi trường Do ñó, xu thế ñang tiến tới phát triển các nguồn năng lượng sạch - tái tạo, thân thiện với môi trường và một trong các giải pháp ñó là phát triển lưới ñiện thông minh (Smart Grid) Vấn ñề chất lượng ñiện và ñộ tin cậy của lưới ñiện là một phần trong Smart Grid

Lưới ñiện thông minh là một giải pháp ñang ñược thử nghiệm ở nhiều nơi trên thế

giới Lưới ñiện thông minh ñược thực hiện trong cả phần phát ñiện, truyền tải và phân phối ñiện nhằm nâng cao chất lượng ñiện năng, hiệu suất sử dụng lưới ñiện và khai thác các nguồn năng lượng tái tạo, phát triển bền vững và bảo vệ môi trường Giải pháp Smart Grid ñược ñưa ra nhằm ñáp ứng các nhu cầu ngày càng bức thiết về việc phân phối ñiện năng, quản lý/giám sát ñiện năng tiêu thụ, cũng như mong muốn sử dụng năng lượng hiệu quả trên toàn cầu Smart Grid áp dụng các tiến bộ công nghệ kỹ thuật số vào lưới ñiện, cho phép sử dụng 2 ñường truyền và ñiều phối thông tin thời gian thực giữa các nhà máy phát ñiện/nguồn phân phối và nhu cầu của các thiết bị ñầu cuối (phía khách hàng); có khả năng lưu trữ năng lượng khi thừa và cung cấp năng

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ……… 2

lượng trở lại hệ thống khi thiếu; ñộ tin cậy cao, có khả năng ñối phó ñược các sự cố ở mức ñộ khác nhau và hồi phục nhanh sau các sự cố

Một sơ ñồ ñiển hình về lưới ñiện thông minh ñược chỉ ra ở hình dưới ñây:

Hình 1.1- Mô hình lưới ñiện thông minh

- HEMS là hệ thống quản lý năng lượng trong gia ñình

- BEMS là hệ thống quản lý năng lượng trong các tòa nhà

- FEMS là hệ thống quản lý năng lượng trong các nhà máy xí nghiệp

ðể thực hiện ñược ñược lưới ñiện thông minh cần có cơ sở hạ tầng về công nghệ thông tin, viễn thông –SCADA và các thiết bị ñiều khiển tự ñộng, ñặc biệt là ở phía phân phối

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ……… 3

Ở nước ta, ngày 8/11/2012, Thủ tướng Chính Phủ ñã ký quyết ñịnh số TTg về việc nghiên cứu và phát triển lưới ñiện thông minh ở Việt Nam

1670/Qð-Vấn ñề ñảm bảo chất lượng ñiện năng ñã ñược quy ñịnh tại ðiều 26 Luật ñiện lực

bổ sung năm 2004 và trong Thông tư số 32/2010/TT-BCT ngày 30/7/2010 của Bộ công thương quy ñịnh về hệ thống ñiện phân phối và việc ñánh giá ñộ tin cậy của lưới ñiện phân phối theo tiêu chuẩn IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) của Mỹ

Trong bối cảnh ñó, tác giả ñã tiến hành nghiên cứu ñề tài: “Nghiên cứu các giải

pháp nâng cao chất lượng ñiện năng trong lưới phân phối”.

1.2 Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu một số giải pháp nâng cao chất lượng ñiện áp và nâng cao ñộ tin cậy cung cấp ñiện nhằm nâng cao chất lượng ñiện năng

1.3 Tình hình nghiên cứu

Ở nước ta hiện nay, vấn ñề chất lượng ñiện năng chưa ñược quan tâm ñúng mức, nhất là ở phía phân phối, phía các hộ tiêu thụ ñiện dân dụng và hầu hết mới chỉ ñánh giá về mặt chất lượng ñiện áp và chủ yếu là về ñộ lệch ñiện áp, còn các chỉ tiêu khác liên quan ñến chất lượng ñiện như: ðộ tin cậy cung cấp ñiện, sóng hài, ñộ nhấp nháy ñiện áp vẫn chưa ñược quan tâm ñúng mức.Trong khi ñó vấn ñề chất lượng ñiện năng thì ñã ñược các nước trên thế giới hết sức quan tâm

Ở các nước Châu Âu, Mỹ, Thái Lan vấn ñề về chất lượng ñiện năng ñã rất ñược quan tâm từ lâu, họ ñã nghiên cứu, áp dụng và thực hiện theo các chỉ tiêu cụ thể về chất lượng ñiện, về ñánh giá ñộ tin cậy lưới ñiện

Ở nước ta, với Thông tư 32/2010/TT-BCT ngày 30/7/2010 của Bộ công thương thì mới bắt ñầu áp dụng ñánh giá chất lượng cung cấp ñiện trong lưới phân phối theo ñộ tin cậy cung cấp ñiện

1.4 Cơ sở khoa học của ñề tài

1.4.1 Cơ sở lý thuyết

Chất lượng ñiện năng ñược thể hiện ở các chỉ tiêu tần số, ñiện áp, ñộ tin cậy cung

cấp ñiện, ñộ không sin (sóng hài) Trong luận văn này, tác giả chủ yếu dựa vào các chỉ tiêu ñánh giá ñộ tin cậy (Tần suất mất ñiện trung bình – SAIFI, thời gian mất ñiện

trung bình – SAIDI…) ñể ñánh giá chất lượng ñiện năng Một mặt khác là tối ưu hóa vị trí ñặt tụ bù với dung lượng bù cho trước ñể nâng cao chất lượng ñiện áp của lưới ñiện 1.4.2 Cơ sở thực tế

Hiện nay, các lưới ñiện phân phối cũ thường bị quá tải, nên ñiện áp có thể giảm thấp, việc lắp ñặt thêm một số tụ bù sẽ nâng cao chất lượng ñiện áp, giảm tổn thất ñiện

Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sỹ kỹ thuậtẦẦẦ ẦẦẦ 4

năng

Ngoài ra, trong các hệ thống phân phối cũ, thường xảy ra mất ựiện do sự cố Nguyên nhân chắnh là do hệ thống bảo vệ và thời gian khắc phục sự cố Bằng việc nâng cao hiệu quả của hệ thống bảo vệ, như lắp ựặt thêm các thiết bị như recloser, sectionlizerẦ sẽ giảm thời gian mất ựiện, nâng cao ựược ựộ tin cậy cung cấp ựiện, từ

ựó nâng cao ựược chất lượng ựiện năng

Các chắnh sách của Nhà nước về ựảm bảo chất lượng ựiện năng như: Quyết ựịnh 1670/Qđ-TTg của Thủ tướng Chắnh Phủ về việc nghiên cứu và phát triển lưới ựiện thông minh ở Việt Nam; điều 26 Luật ựiện lực bổ sung năm 2004; Thông tư số 32/2010/TT-BCT ngày 30/7/2010 của Bộ công thương quy ựịnh về hệ thống ựiện phân phối

Hiện nay, các công ty ựiện lực cũng ựang nghiên cứu triển khai và áp dụng tiêu chuẩn IEEE Ờ1366 ựể ựánh giá ựộ tin cậy các lưới ựiện khu vực

Lộ 471-E4.3 của lưới ựiện thành phố Vĩnh Yên ựược xây dựng từ năm 2004, cung cấp ựiện cho khu công nghiệp Khai Quang, hiện tại luôn trong tình trạng quá tải trong giờ cao ựiểm (8h Ờ 19h) nên chất lượng ựiện áp thấp, tổn thất công suất lớn và tăng dần theo các năm (năm 2010 là 7,8%) Trên toàn lộ chỉ có một máy cắt chắnh ở ựầu nguồn nên không ựảm bảo ựộ tin cậy cung cấp ựiện cho các phụ tải (năm 2012 xảy ra

15 sự cố vĩnh cửu)

Do ựó việc thực hiện ựề tài sẽ là một ựóng góp vào việc triển khai và ựánh giá các tiêu chuẩn cung cấp ựiện

1.5 Giới hạn của ựề tài

Nghiên cứu vai trò của công suất phản kháng, và phương pháp bù công suất phản kháng ựể nâng cao ựiện áp trong lưới ựiện phân phối

Nghiên cứu về các chỉ tiêu ựánh giá ựộ tin cậy cung cấp ựiện và ựề xuất biện pháp nâng cao ựộ tin cậy

Áp dụng phần mềm PSS/ADEPT và lấy kết quả tắnh toán của phần mềm ựể ựánh giá chất lượng ựiện cho một xuất tuyến (lộ 471-E4.3) của lưới ựiện thành phố Vĩnh Yên, tỉnh Vĩnh Phúc

Nội dung chắnh của luận văn gồm các phần sau:

- Chương 1: Mở ựầu

- Chương 2: Tổng quan về chất lượng ựiện năng

- Chương 3: Các giải pháp nâng cao chất lượng ựiện năng trong lưới phân phối

- Chương 4: đánh giá lưới ựiện bằng phần mềm PSS/ADEPT 5.0

- Chương 5: Áp dụng tắnh toán với lưới ựiện cụ thể

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ……… 5

- Kết luận và kiến nghị

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ……… 6

ðiện năng ñưa ñến các hộ tiêu thụ ñiện ñể biến thành các dạng năng lượng khác phục vụ cho sản xuất, sinh hoạt thông qua các thiết bị dùng ñiện Hiệu suất của thiết bị ñiện không chỉ phụ thuộc vào cấu trúc của chính thiết bị ñiện ñó mà còn phụ thuộc vào chất lượng ñiện Do ñó có thể nói, chất lượng ñiện ảnh hưởng ñến hiệu suất của thiết bị dùng ñiện, tuổi thọ của thiết bị ñiện và hiệu quả kinh tế của việc sử dụng năng lượng ñiện so với các dạng năng lượng khác

Các yếu tố ảnh hưởng ñến chất lượng ñiện:

- Các thông số của hệ thống ñiện: R, L, C của các phần tử trong hệ thống ñiện

- Các thông số của phụ tải (P, Q, ∆P ), chế ñộ làm việc của phụ tải và tính chất của phụ tải

Các thông số trên thay ñổi mang tính ngẫu nhiên nên chất lượng ñiện cũng mang tính ngẫu nhiên và thay ñổi theo từng thời ñiểm

Mỗi loại phụ tải yêu cầu về chất lượng ñiện cũng khác nhau

Ngày nay, các thiết bị ñiện hiện ñại có chất lượng và ñộ chính xác cao, nhu cầu sử dụng ñiện và yêu cầu chất lượng ñiện của các phụ tải và của con người cũng ñã có thay ñổi theo hướng ñáp ứng cả các yêu cầu về ổn ñinh ñiện áp, ổn ñịnh tần số và chất lượng cung cấp ñiện Theo thông tư 32/TT-BCT ngày 30/7/2010 của Bộ công thương, việc ñánh giá chất lượng ñiện trong hệ thống ñiện phân phối theo 04 tiêu chuẩn là:

1 Tiêu chuẩn kỹ thuật, gồm các chỉ tiêu: Tần số, ñiện áp, cân bằng pha, sóng hài, nhấp nháy ñiện áp, dòng ngắn mạch và thời gian loại trừ sự cố, chế ñộ nối ñất và

hệ số sự cố chạm ñất;

2 Tiêu chuẩn ñộ tin cậy;

3 Tiêu chuẩn tổn thất ñiện năng;

4 Tiêu chuẩn chất lượng dịch vụ

Các chỉ tiêu về chất lượng ñiện liên hệ mật thiết với nhau

Trong nội dung nghiên cứu của luận văn, do ñiều kiện thời gian có hạn, không thể nghiên cứu ñược hết các tiêu chuẩn, các chỉ tiêu về chất lượng ñiện nên tác giả chỉ tập trung nghiên cứu một số chỉ tiêu cơ bản về ñiện áp, tần số và ñộ tin cậy

2.1 CÁC CHỈ TIÊU CƠ BẢN ðÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ðIỆN NĂNG TRONG LƯỚI PHÂN PHỐI

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ……… 7

Theo tiêu chuẩn Việt Nam, tần số hệ thống ñiện ñược quy ñịnh như sau:

- Tần số ñịnh mức của hệ thống ñiện Việt Nam là 50Hz

- Trong ñiều kiện làm việc bình thường, tần số hệ thống ñiện ñược dao ñộng trong phạm vi ± 0 , 2Hz

- Trong chế ñộ sự cố, trường hợp hệ thống chưa ổn ñịnh, các tiêu chuẩn này có thể ñược nới lỏng hơn: Cho phép ñộ lệch tần số là ± 0 , 5Hz

- Tần số nằm trong giới hạn nguy hiểm là từ (45 – 46)Hz Ở tần số này, hiệu suất của các thiết bị dùng ñiện giảm, hệ thống mất ổn ñịnh, xuất hiện sự cộng hưởng làm cho các máy phát, ñộng cơ bị rung mạnh và có thể bị phá hỏng

Sự biến ñổi của tần số có liên hệ mật thiết với công suất tác dụng, mọi sự biến ñổi

về cân bằng công suất tác dụng trên hệ thống ñiện ñều dẫn ñến sự biến ñổi về tần số của toàn hệ thống ñiện và ngược lại Do ñó, các ảnh hưởng của sự thay ñổi tần số trong

hệ thống ñiện ñến chất lượng ñiện là rất lớn và mang tính chất hệ thống

Hình 2.1 ðường ñặc tính P ϕ= ( f)(1.ðặc tính tĩnh của phụ tải, 2 ðặc tính tĩnh của máy phát)

Nguyên nhân sâu xa của sự thay ñổi tần số là do sự sai lệch giữa mômen ñiện và mômen cơ trên trục máy phát Sự ñiều chỉnh cân bằng các mômen này ñược thực

Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sỹ kỹ thuậtẦẦẦ ẦẦẦ 8

hiện ngay tại các nhà máy ựiện Trong phạm vi nghiên cứu của ựề tài về lưới ựiện phân phối thì ta coi tần số là không ựổi và ựi sâu vào nghiên cứu các vấn ựề về chất lượng ựiện áp, do chúng là ựại lượng biến ựổi ở mọi thời ựiểm và ảnh hưởng ựến chất lượng ựiện năng

độ lệch ựiện áp xuất hiện ngay tại ựầu cực thiết bị dùng ựiện và trên lưới ựiện Các biểu hiện chắnh của ựộ lệch ựiện áp là sụt áp và quá áp

1 độ lệch ựiện áp tại nút phụ tải [2]

độ lệch ựiện áp tại phụ tải là giá trị sai lệch giữa ựiện áp thực tế trên cực của các thiết bị ựiện so với ựiện áp ựịnh mức của lưới ựiện và ựược tắnh theo công thức:

Trong ựó: U - điện áp thực tế ựặt vào phụ tải (V, kV)

Uựm - điện áp ựịnh mức của lưới ựiện (V, kV)

độ lệch ựiện áp cho phép phải nằm trong giới hạn giữa giới hạn trên (δU+) và giới hạn dưới (δU−) của ựộ lệch ựiện áp:

 độ lệch ựiện áp xuất hiện ở nơi tiêu thụ ựiện là do hai nguyên nhân:

- Do sự biến ựổi theo thời gian của phụ tải ựiện: Phụ tải các hộ tiêu dùng ựiện luôn luôn có sự thay ựổi tại mọi thời ựiểm khác nhau, gây nên các ựộ lệch ựiện

áp khác nhau đây là các biến ựổi tự nhiên và chậm Vắ dụ: đèn ựiện thắp sáng ban ngày chỉ bằng 10 Ờ 15% vào buổi tối; hay ở các khu công nghiệp lớn, phụ tải ban ựêm chỉ bằng 40 Ờ 50% của phụ tải lớn nhất

- Do tổn thất ựiện áp trên lưới ựiện: Khi sự phân bố công suất trên hệ thống bị thay ựổi (như cắt giảm máy phát ựiện), ựặc biệt là khi có sự cố trên lưới ựiện sẽ gây ra quá trình quá ựộ ựiện từ và có thể làm cho một hoặc một số phần tử

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ……… 9

ngừng hoạt ñộng ñột ngột Các biến ñổi này xảy ra rất nhanh, ñồng thời gây ra các ñộ lệch ñiện áp ñột ngột với biên ñộ khá lớn

2 ðộ lệch ñiện áp trong lưới hạ áp

Lưới phân phối hạ áp cung cấp ñiện trực tiếp cho các thiết bị ñiện, các thiết bị ñiện ñều có thể ñược nối vào lưới trong bất kỳ thời gian nào, vị trí nào, làm cho phụ tải luôn thay ñổi, gây ra các ñộ lệch ñiện áp khác nhau Do ñó, ñộ lệch ñiện áp trong lưới tại mọi vị trí và mọi thời ñiểm phải luôn ñảm bảo trong giới hạn cho phép ñể ñảm bảo chất lượng ñiện áp:

Trong ñó: x – vị trí ñấu nối

t – Thời ñiểm ñấu nối

Xét sơ ñồ lưới ñiện hạ áp sau:

Hình 2.2 a) Sơ ñồ lưới ñiện b) Miền chất lượng ñiện áp

ðể ñảm bảo chất lượng ñiện áp trong toàn bộ lưới ñiện thì tại hai thời ñiểm công

suất cực ñại và cực tiểu của phụ tải, ñộ lệch ñiện áp tại các vị trí ñiểm ñầu lưới (ñiểm

A) và ñiểm cuối lưới (ñiểm B) phải ñảm bảo trong giới hạn cho phép (vùng gạch chéo

trong ñồ thị) Khi ñó, các ñiểm còn lại trên lưới cũng sẽ ñảm bảo yêu cầu về ñộ lệch ñiện áp

Phối hợp các yêu cầu trên ta lập ñược các tiêu chuẩn sau, với quy ước số (1) chỉ chế

U

U U

U

U U

U

U U

U

A A B B

δδ

δ

δδ

δ

δδ

δ

δδ

δ

2 1 2

1

ðể áp dụng tiêu chuẩn (2.5) chúng ta phải tiến hành ño ñiện áp tại hai ñiểm A và B

tại các thời ñiểm phụ tải max và min, trong ñó ñiểm B thì khó xác ñịnh (do số lượng

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ……… 10

phụ tải, sự biến thiên và phân bố phụ tải) Do ñó, ta có thể quy ñổi về ñánh giá chất lượng ñiện áp chỉ tại ñiểm A:

ðộ lệch ñiện áp tại ñiểm B trong hai chế ñộ min và max là:

2

1 1

1

h A

B

h A

B

U U

U

U U

U

δδ

δδ

Với: ∆U 1, ∆U 2 là tổn thất ñiện áp trên lưới ở chế ñộ min và max

Thay (2.6) vào (2.5) ta ñược:

≤

≤

∆ +

∆ +

≤

≤

∆ +

U

U U

U

U U U

U U

U U U

U U

A A

h A

h

h A

H

δδ

δ

δδ

δ

δδ

δ

δδ

δ

2 1

2 2

2

1 1

≤

≤

∆ +

U U

U U

U U

A h

A h

δδ

δ

δδ

δ

2 2

1

Trong lưới ñiện hạ áp, khi cho biết tổn thất ñiện áp trên lưới tại thời ñiểm phụ tải max∆U 2(thông thường trong lưới phân phối hạ áp là 5%) ta sẽ xác ñịnh ñược tổn thất ñiện áp tại thời ñiểm min:

ñộ Pmax Sau ñó chỉ cần ño ñiện áp tại ñiểm A là ñiểm ñầu lưới phân phối hạ áp tại hai thời ñiểm max và min, tính ñược các ñộ lệch δU A1 và δU A2 ðặt hai ñiểm này vào ñồ thị và nối bằng một ñường thẳng Nếu ñường thẳng này nằm trọn vẹn trong miền chất

lượng ñiện áp (ñường1) thì ñộ lệch ñiện áp trên lưới ñạt yêu cầu Nếu nó có phần nằm ngoài miền chất lượng ñiện áp (ñường 2 và 3) thì ñộ lệch ñiện áp trên lưới không ñạt

yêu cầu, ñòi hỏi chúng ta phải có biện pháp ñiều chỉnh ñiện áp phù hợp ñể ñảm bảo ñộ lệch ñiện áp trong miền chất lượng ñiện áp

Miền CLðA

1

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ……… 11

δU

0

∆U1 ∆U 2

δU−

Hình 2.3 ðồ thị biểu diễn miền chất lượng ñiện áp trong lưới phân phối

Ví dụ: ðối với ñường 2 thì chúng ta có thể thay ñổi ñầu phân áp MBA phân phối

lên nấc cao hơn ñể nâng cao ñiện áp ðối với ñường 3 thì không thể thay ñổi ñầu phân

áp ñược vì nếu ñược chế ñộ max thì chế ñộ min sẽ hỏng (do ñiện áp bị quá cao)

Trường hợp này chỉ có thể dùng biện pháp xoay ngang ñường ñiện áp bằng cách ñiều

áp dưới tải ở trạm nguồn hoặc dùng tụ bù có ñiều chỉnh

 ðộ lệch ñiện áp cho phép theo tiêu chuẩn Việt Nam quy ñịnh như sau:

- ðối với chiếu sáng trong các xí nghiệp công nghiệp, trong các công sở, chiếu

sáng công cộng là: − 2 , 5 % ≤δU cp ≤ + 5 %

- ðối với ñộng cơ ñiện:− 5 % ≤δU cp ≤ + 10 %

- ðối với các thiết bị dùng ñiện ñấu vào mạng ñiện nông nghiệp:

% 5 , 7

%

- Các phụ tải còn lại: − 5 % ≤δU cp ≤ + 5 %

- Trong chế ñộ sự cố, cho phép tăng các giới hạn trên thêm +2,5% và giảm giới

hạn dưới thêm 5%

 ðộ lệch ñiện áp trong lưới phân phối ñược hạn chế trong miền cho phép theo

tiêu chuẩn Việt Nam như sau [3] :

Trong chế ñộ vận hành bình thường ñiện áp vận hành cho phép tại ñiểm ñấu nối

ñược phép dao ñộng so với ñiện áp danh ñịnh như sau:

- Tại ñiểm ñấu nối với Khách hàng (KH) sử dụng ñiện là ±5%;

- Tại ñiểm ñấu nối với nhà máy ñiện là +10% và -5%

Trong chế ñộ sự cố ñơn lẻ hoặc trong quá trình khôi phục vận hành ổn ñịnh sau sự

cố, cho phép mức dao ñộng ñiện áp tại ñiểm ñấu nối với Khách hàng sử dụng ñiện bị

ảnh hưởng trực tiếp bởi sự cố trong khoảng +5% và –10% so với ñiện áp danh ñịnh

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ……… 12

Trong chế ñộ sự cố nghiêm trọng hệ thống ñiện truyền tải hoặc khôi phục sự cố, cho phép mức dao ñộng ñiện áp trong khoảng ± 10% so với ñiện áp danh ñịnh

Trong trường hợp Khách hàng sử dụng lưới ñiện phân phối có yêu cầu chất lượng ñiện áp cao hơn so với quy ñịnh, Khách hàng sử dụng lưới ñiện phân phối có thể thỏa thuận giá trị dao ñộng ñiện áp tại ñiểm ñấu nối khác với các giá trị quy ñịnh trong khoản 2 ðiều này

Nguyên nhân chủ yếu gây ra các dao ñộng là do các thiết bị có hệ số công suất

(cosφ) thấp, do các phụ tải lớn làm việc ñòi hỏi ñột biến về công suất tác dụng và công suất phản kháng như: Các lò ñiện hồ quang, máy hàn, máy cán thép cỡ lớn

Dao ñộng ñiện áp ñược ñặc trưng bởi hai thông số là biên ñộ dao ñộng ñiện áp và tần số dao ñộng ñiện áp Phụ tải chịu ảnh hưởng của dao ñộng ñiện áp không những về biên ñộ dao ñộng mà cả về tần số xuất hiện các dao ñộng ñó

Biên ñộ dao ñộng ñiện áp ñược xác ñịnh theo biểu thức:

−

Với:

B Q

S

Q

k = là tỷ lệ công suất phản kháng so với công suất ñịnh mức của MBA

Q – Lượng phụ tải phản kháng thay ñổi ñột biến (MVAr)

SB – Công suất ñịnh mức của MBA cấp cho ñiểm tải (MVA)

Như vậy, biên ñộ dao ñộng ñiện áp phụ thuộc vào giá trị hệ số kQ MBA có công

suất càng lớn so với sự biến ñổi công suất phản kháng (tức là có ñộ dự trữ công suất

lớn) thì mức ñộ dao ñộng ñiện áp càng nhỏ, chất lượng ñiện áp càng ñược ñảm bảo Tuy nhiên, MBA có công suất càng lớn thì dẫn tới nhiều yếu tố bất lợi khác như: Tổn thất ñiện năng, dòng ngắn mạch trong MBA cũng lớn hơn Do ñó, trong tính toán thiết kế hệ thống cấp ñiện cần phải phân tích kỹ lưỡng nhằm dung hòa ñược các yếu tố với ñộ dao ñộng ñiện áp trong phạm vi cho phép

 ðộ dao ñộng ñiện áp ñược hạn chế trong miền cho phép theo tiêu chuẩn Việt

Nam như sau [4] :

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ……… 13

- Dao ñộng ñiện áp trên cực các thiết bị chiếu sáng:

10 1

6 1

n

U cp = + = + ∆

Trong ñó: n - Số dao ñộng trong 01 giờ;

∆t - Thời gian trung bình giữa hai dao ñộng (phút)

- Nếu trong một giờ có một dao ñộng thì biên ñộ dao ñộng ñược phép là 7%

- ðối với các thiết bị có sự thay ñổi ñột ngột công suất trong vận hành thì ñộ dao ñộng cho phép là 1,5%

- ðối với các phụ tải khác không ñược chuẩn hóa thì biên ñộ dao ñộng cho phép

là 15% Nếu biên ñộ dao ñộng ñiện áp lớn hơn 15% sẽ dẫn tới hoạt ñộng sai của khởi ñộng từ và các thiết bị ñiều khiển

2.1.2.3 ðộ không ñối xứng ñiện áp (ðộ cân bằng pha)

Phụ tải các pha không ñối xứng dẫn ñến ñiện áp các pha không ñối xứng, sự không ñối xứng này ñặc trưng bởi sự xuất hiện thành phần ñiện áp thứ tự nghịch U2 và thứ tự không U0 của ñiện áp Thành phần thứ tự nghịch làm cho ñiện áp pha và ñiện áp dây ñều không ñối xứng (hình 1.5a) Thành phần thứ tự không làm cho ñiện áp pha không ñối xứng còn ñiện áp dây ñối xứng (hình 1.5b)

Hình 2.4 Sự không ñối xứng ñiện áp

ðộ không ñối xứng của ñiện áp ñược biểu diễn thông qua các hệ số:

U

U U

U k

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ……… 14

- Do phụ tải ñiện: Trong lưới ñiện ba pha, ngoài các phụ tải ba pha còn có rất nhiều các phụ tải một pha Mặc dù phụ tải ba pha là ñối xứng, các phụ tải một pha ñược phân bố ñều trên các pha tuy nhiên các phụ tải một pha này luôn biến ñộng và hoàn toàn mang tính ngẫu nhiên Phụ tải một pha là loại phụ tải không ñối xứng ñiển hình nhất như lò ñiện, máy hàn, thiết bị chiếu sáng Vì vậy, trong quá trình vận hành không thể tránh khỏi tình trạng làm việc không ñối xứng

- Do bản thân các phụ tải ñiện ba pha không hoàn toàn ñối xứng như: các lò ñiện

hồ quang

- Do sự cố: Ngắn mạch, ñứt dây, chạm ñất Trong các trạng thái làm việc này của lưới ñiện thì góc lệch pha giữa các véctơ ñiện áp, dòng ñiện khác 1200

 Một số tiêu chuẩn quy ñịnh về ñộ không ñối xứng ñiện áp:

- Trong chế ñộ làm việc bình thường, thành phần thứ tự nghịch U2 của ñiện áp pha không vượt quá 3% ñiện áp danh ñịnh ñối với cấp ñiện áp 110kV hoặc 5% ñiện áp danh ñịnh ñối với cấp ñiện áp trung áp và hạ áp

- Trên cực thiết bị ñiện ba pha ñối xứng: ñiện áp U2 và U0 không ñược vượt quá 2%Uñm

- Trên cực các ñộng cơ không ñồng bộ: U2 cho phép ñược xác ñịnh riêng theo ñiều kiện phát nóng và có thể lớn hơn 2%Uñm

2.1.2.4 ðộ không hình sin của ñiện áp (sóng hài)

ðiện áp và dòng ñiện ba pha thay ñổi theo chu kỳ hình sin tần số 50Hz, nhưng thực

tế không bao giờ nhận ñược ñường cong hình sin trọn vẹn mà luôn có ñộ méo mó nhất ñịnh và ñược gọi là ñộ không hình sin

Theo lý thuyết, các nguồn tác ñộng tồn tại trên lưới ñiện là các hàm ñiều hòa có dạng hình sin, ñiện áp và dòng ñiện thay ñổi theo chu kỳ hình sin với một tần số cơ bản Nhưng trong thực tế ta không bao giờ có ñược ñường cong hình sin trọn vẹn, mà

có thể có hình dạng bất kỳ do trong ñó tồn tại các sóng thành phần có tần số khác với

tần số cơ bản gọi là các sóng hài (hay sóng họa tần) Như vậy, sóng hài là các sóng

dòng ñiện, ñiện áp có tần số khác tần số cơ bản

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ……… 15

Hình 2.5 Dạng sóng ñiện áp lý tưởng (a) và các thay ñổi thông số lưới ñiện (b)

Hình 2.6 Các bậc sóng hài thường gặp

Hình 2.7 Ảnh hưởng của sóng hài làm méo dạng sóng ñiện áp

ðối với ñiều kiện vận hành không cân bằng giữa các pha như ñiện áp hệ thống không cân bằng, tổng trở hệ thống hay tải không cân bằng mỗi thành phần sóng hài có thể xảy ra trong ba thành phần thứ tự thuận, thứ tự nghịch và thứ tự không Ngoài ra, các tụ bù trong lưới ñiện thường kết hợp với cảm kháng của lưới tạo ra các mạch cộng hưởng làm khuếch ñại các dòng hài có tần số lân cận tần số cộng hưởng tồn tại trên lưới

Sự xuất hiện các sóng hài bậc cao này làm ảnh hưởng ñến chất lượng ñiện năng, gây tổn thất ñiện năng, giảm ñiện áp trên bóng ñèn, thiết bị sinh nhiệt, làm tăng thêm tổn thất sắt từ trong ñộng cơ, tổn thất ñiện môi trong cách ñiện, tăng tổn thất trong lưới ñiện và thiết bị dùng ñiện, giảm chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của hệ thống cung cấp ñiện, gây nhiễu máy thu thanh Do ñó, việc triệt tiêu và làm giảm ảnh hưởng của sóng hài trên lưới ñiện là rất cần thiết

 Nguyên nhân gây ra ñộ không hình sin của ñiện áp:

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ……… 16

- Do các thiết bị dùng ñiện có ñặc tính phi tuyến như máy biến áp không tải, bộ chỉnh lưu, nghịch lưu, bộ lưu ñiện, thyristor, máy vi tính, biến tần, các lò ñiện

hồ quang, các máy hàn, do các cuộn kháng ñiện ngày càng ñược sử dụng rộng rãi trong sinh hoạt, sản xuất và trên lưới ñiện làm biến dạng ñường ñồ thị ñiện

áp, khiến nó không còn là hình sin nữa và xuất hiện các sóng ñiện áp và sóng dòng ñiện bậc cao có biên ñộ Uj, Ij khác với dòng và áp cơ bản, gọi là các sóng hài bậc cao

- Do sử dụng nhiều phụ tải một pha làm cho biến dạng ñường cong ñiện áp

 Tiêu chuẩn quy ñịnh về ñộ không hình sin của ñiện áp:

Tiêu chuẩn quy ñịnh [5]:

7 , 5 , 3

2 5 U%

U U

j j

j = ∑ ≤

=

Với: U1 – là trị hiệu dụng của sóng hài bậc nhất

Theo quy ñịnh của Bộ công thương: Tổng ñộ biến dạng sóng hài (THD) là tỷ lệ của giá trị ñiện áp hiệu dụng của sóng hài với giá trị hiệu dụng của ñiện áp cơ bản, biểu diễn bằng ñơn vị phần trăm (%), theo công thức sau:

Bảng 2.1 ðộ biến dạng sóng hài ñiện áp cho phép

Trong các tiêu chuẩn chất lượng ñiện áp trên ñây, ñộ lệch ñiện áp so với ñiện áp ñịnh mức là tiêu chuẩn cơ bản ðiều chỉnh ñộ lệch ñiện áp là một công việc khó khăn nhất, tốn kém nhất, ñược thực hiện ñồng bộ trên toàn hệ thống ñiện Các tiêu chuẩn còn lại có tính ñịa phương và ñược ñiều chỉnh cục bộ ở xí nghiệp Chất lượng ñiện áp ñược ñảm bảo nhờ các biện pháp ñiều chỉnh ñiện áp trong lưới ñiện truyền tải và phân phối Các biện pháp ñiều chỉnh ñiện áp và thiết bị cần thiết ñể thực hiện ñược chọn lựa trong quy hoạch và thiết kế lưới ñiện và ñược hoàn thiện thường xuyên trong vận

Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sỹ kỹ thuậtẦẦẦ ẦẦẦ 17

hành, các tác ựộng ựiều khiển ựược thực hiện trong vận hành gồm có các tác ựộng dưới tải và ngoài tải Tác ựộng ựiều khiển dưới tải ựược thực hiện tự ựộng hoặc bằng tay từ xa hoặc tại chỗ

2.1.3 độ tin cậy cung cấp ựiện

1 Khái niệm về ựộ tin cậy cung cấp ựiện

độ tin cậy là xác suất làm việc tốt của một thiết bị trong một chu kỳ, dưới các ựiều kiện vận hành ựã ựược thử nghiệm

độ tin cậy cung cấp ựiện là khả năng của hệ thống cung cấp ựiện, cung cấp ựiện liên tục và ựảm bảo chất lượng ựiện năng trong mọi thời ựiểm

Sự ngừng cung cấp ựiện phụ thuộc vào các loại phụ tải ựiện và sẽ gây ra các thiệt hại to lớn về kinh tế Do ựó, việc nâng cao ựộ tin cậy cung cấp ựiện là nhiệm vụ trọng tâm của hệ thống cung cấp ựiện nhằm ựảm bảo chất lượng ựiện

2 Các yếu tố liên quan ựến ựộ tin cậy cung cấp ựiện:

- Xác suất tự nhiên của sự cố

- Chế ựộ làm việc thắch hợp (tùy thuộc vào các yêu cầu và tắnh chất của các loại phụ tải)

- Thời gian cung cấp công suất liên tục

- Các ựiều kiện vận hành (có thể khác nhau)

3 độ tin cậy của hệ thống ựiện gồm hai hướng cơ bản:

- đáp ứng hệ thống: Là khả năng làm việc của máy phát, của lưới ựiện trong việc cung cấp ựiện tới khách hàng

- An ninh hệ thống: Là khả năng ựáp ứng với các nhiễu loạn xảy ra trong chắnh

hệ thống ựó Hiện nay, các kỹ thuật tắnh toán ựộ tin cậy nằm trong phạm vi các ựáp ứng tĩnh (các nhiễu loạn nhỏ) của hệ thống ựiện

+ Cắt theo lịch: Thiết bị ựược ựưa ra khỏi vận hành theo thời gian ựịnh trước, thông thường là khi bảo trì, sửa chữa hoặc xây dựng

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ……… 18

+ Cắt cưỡng bức ngắn hạn: Do các sự cố thoáng qua gây ra và có thể vận hành trở lại do thiết bị ñược sử chữa hoặc có thiết bị tự ñóng lại

- Ngừng cung cấp ñiện: Mất ñiện một hay nhiều khách hàng Nguyên nhân là do một hay nhiều thiết bị bị cắt khỏi vận hành

+ Mất ñiện ñịnh kỳ: Mất ñiện cắt theo lịch

+ Mất ñiện cưỡng bức: Do cắt cưỡng bức

+ Mất ñiện thoáng qua: Mất ñiện có thời gian nhỏ, thiết bị vận hành trở lại tức thời

+ Mất ñiện duy trì: Thời gian mất ñiện kéo dài và không thuộc các loại mất ñiện thoáng qua

5 Mục ñích của các biện pháp nâng cao ñộ tin cậy cung cấp ñiện:

Giảm số lần mất ñiện và thời gian mất ñiện của hệ thống, ñảm bảo cung cấp ñiện an toàn liên tục, ñảm bảo chất lượng ñiện năng

Ở nước ta, từ năm 2010, việc ñánh giá ñộ tin cậy cung cấp ñiện thực hiện theo tiêu chuẩn IEEE -1366 của Mỹ (theo Thông tư 32/TT-BCT ngày 30/7/2010 của Bộ công thương) Các công ty ñiện lực hiện ñang triển khai nghiên cứu, áp dụng tính toán cho các lưới ñiện khu vực và chưa ñưa ra một tiêu chuẩn chung về ñộ tin cậy lưới ñiện

2.2 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ðẾN CHẤT LƯỢNG ðIỆN NĂNG

2.3.1 Ngắn mạch

2.3.1.1 Khái niệm chung

Ngắn mạch là một loại sự cố xảy ra trong hệ thống ñiện do hiện tượng chạm chập giữa các pha, không thuộc chế ñộ làm việc bình thường

Khi xảy ra ngắn mạch, tổng trở của hệ thống ñiện giảm, làm dòng ñiện tăng lên, ñiện áp giảm xuống Nếu không nhanh chóng cô lập ñiểm ngắn mạch thì hệ thống sẽ chuyển sang chế ñộ ngắn mạch duy trì

- Các dạng ngắn mạch thường gặp và xác suất xảy ra:

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ……… 19

Hình 2.8 Các dạng ngắn mạch thường gặp

Hai dạng ngắn mạch c) và d) chỉ tồn tại trong mạng ñiện có dây trung tính hoặc có

trung tính nối ñất Trong các dạng ngắn mạch trên thì chỉ có ngắn mạch ba pha (dạng

a) là ngắn mạch ñối xứng, vì sau khi ngắn mạch, sơ ñồ và thông số của mạng vẫn ñối xứng Các dạng ngắn mạch còn lại ñều là ngắn mạch không ñối xứng

Ngắn mạch ba pha tuy xảy ra ít nhưng lại ñược quan tâm nhiều nhất, vì ngắn mạch

ba pha thường nặng nề nhất, ảnh hưởng nhiều ñến chế ñộ hệ thống ñiện Ngoài ra, còn

do ngắn mạch ba pha là loại ngắn mạch ñơn giản nhất (vì có tính ñối xứng), là dạng

ngắn mạch cơ sở Tính toán các dạng ngắn mạch khác ñều dựa trên cơ sở ñưa về tính ngắn mạch ba pha

2.3.1.2 Nguyên nhân và hậu quả của ngắn mạch

1 Nguyên nhân của ngắn mạch

Nguyên nhân chung và chủ yếu của ngắn mạch là do cách ñiện bị hỏng Lý do cách ñiện bị hỏng có thể là: bị già cỗi khi làm việc lâu ngày, chịu tác ñộng cơ khí gây vỡ nát, bị tác ñộng của nhiệt ñộ phá hủy môi chất, xuất hiện ñiện trường mạnh làm phóng ñiện chọc thủng cách ñiện

Những nguyên nhân tác ñộng cơ khí có thể là do con người (như ñào ñất, thả

diều…) , do loài vật (rắn bò qua, chim ñậu ) hoặc gió bão làm gẫy cây, ñổ cột, dây

dẫn chập nhau

Sét ñánh gây phóng ñiện là một nguyên nhân ñáng kể gây ra hiện tượng ngắn mạch Ngắn mạch còn có thể do thao tác nhầm, ví dụ: ñóng ñiện sau khi sửa chữa quên tháo dây nối ñất

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ……… 20

Hình 2.9 Một số hình ảnh minh họa

2 Hậu quả của ngắn mạch

Ngắn mạch là một loại sự cố nguy hiểm, vì khi ngắn mạch, dòng ñiện ñột ngột tăng lên rất lớn, ñiện áp giảm thấp Dòng ñiện ngắn mạch có thể gây ra:

- Phát nóng cục bộ rất nhanh, nhiệt ñộ tăng cao, có thể gây cháy nổ

- Sinh ra lực cơ khí lớn giữa các phần của thiết bị ñiện, làm biến dạng hoặc gây

vỡ các bộ phận như sứ ñỡ, thanh dẫn

- Gây sụt áp và mất ñối xứng lưới ñiện (ñiện áp giảm 30 – 40% trong vòng một giây) làm ñộng cơ ñiện có thể ngừng quay, ảnh hưởng ñến năng suất làm việc của máy móc, thiết bị

- Gây ra mất ổn ñịnh HTð do các máy phát bị mất cân bằng công suất, quay theo những vận tốc khác nhau dẫn ñến mất ñồng bộ Nếu không cách ly kịp thời phần tử bị ngắn mạch có thể làm cho hệ thống mất ổn ñịnh và tan rã ðây là hậu quả trầm trọng nhất do ngắn mạch gây ra

- Tạo ra các thành phần dòng ñiện không ñối xứng, gây nhiễu các ñường dây thông tin ở gần

- Khi xảy ra ngắn mạch, nhiều phần của mạng ñiện bị cắt ra ñể loại trừ ñiểm ngắn mạch, làm gián ñoạn cung cấp ñiện, ảnh hưởng ñến ñộ tin cậy cung cấp ñiện

Bảng 2.3 Tỉ lệ hư hỏng thiết bị khi ngắn mạch [ 7 ]

1 ðường dây tải ñiện trên không 50%

5 Máy biến dòng ñiện, máy biến ñiện áp 2%

6 Thiết bị ño lường, ñiều khiển, bảo vệ 3%

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ……… 21

Kết luận: Khi xảy ra ngắn mạch trên hệ thống ñiện sẽ gây ra sụt giảm ñiện áp và gây mất ñối xứng lưới ñiện, làm giảm chất lượng ñiện năng, giảm ñộ tin cậy cung cấp ñiện, nghiêm trọng có thể gây mất ổn ñịnh và tan rã hệ thống ñiện và gây ra nhiều ảnh hưởng xấu tới lưới ñiện, phụ tải ñiện

2.3.2 Chạm ñất trong lưới ñiện có trung ñiểm không nối ñất hoặc nối ñất qua cuộn dây dập hồ quang

Khi chạm ñất một pha, dòng ñiện tại nơi chạm ñất chỉ xuất hiện rất bé, chạy qua các ñiện dung ký sinh của các ñường dây ñể trở về ñiểm ngắn mạch Về lý thuyết, nếu các

dây dẫn cách ñiện lý tưởng (ñiện dẫn g = 0), không tồn tại các ñiện dung ký sinh và

trung tính không nối ñất thì dòng chạm ñất bằng 0 Khi ñiện dung ký sinh tương ñối

lớn, dòng ñiện chạm ñất một pha chạy qua ñiểm chạm ñất có trị số ñáng kể, có thể tạo

ra hồ quang chập chờn tại nơi tiếp xúc Trong trường hợp này, ở một số trung ñiểm

của mạng ñiện, người ta lắp ñặt thêm cuộn dây ñiện cảm (gọi là cuộn dây dập hồ

quang Petersen) Cuộn dây này tạo ra mạch vòng thứ 2 có dòng ñiện chạy qua ñiểm

ngắn mạch, ngược chiều với dòng ñiện ñiện dung, do ñó làm giảm hoặc triệt tiêu hoàn toàn dòng ñiện chạm ñất tổng ñi qua ñiểm tiếp xúc, dập tắt ñược hồ quang chập chờn

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ……… 22

Hình 2.10 Chạm ñất một pha trong lưới ñiện có trung tính không nối ñất hoặc nối ñất qua cuộn dập hồ quang a) Sơ ñồ nguyên lý; b) Hệ thống ñiện áp khi 1 pha chạm ñất; c) Dòng ñiện khi một pha

Trong ñó: Cð – là ñiện dung của các phần tử dẫn ñiện so với ñất

Dao ñộng của dòng ñiện chạm ñất có thể gây ra quá ñiện áp quá ñộ trên các pha

không bị chạm (có thể ñạt ñến 2,5U pha ) làm phóng ñiện trên các pha này và dẫn ñến ngắn mạch nhiều pha

Theo một nghiên cứu về ngắn mạch một pha trên lưới ñiện phân phối 22kV, khi xảy

ra sự cố chạm ñất, dòng ñiện sự cố chạm ñất IN(1) xấp xỉ (60-K95)% IN(3) và giá trị ñiện

áp quá ñộ cực ñại của pha không sự cố không vượt quá 2 lần ñiện áp pha ñịnh mức (UTOV <2.Uf.ñm) Khi chiều dài ñường dây lớn hơn 10km, lưới ñiện có tính chất nối ñất qua ñiện trở nhỏ (hay ñiện kháng nhỏ) Nếu có sự cố chạm ñất ở những nút cuối ñường dây, dòng ñiện IN(1)< 60% IN(3) và ñiện áp quá ñộ cực ñại của pha lành có thể tăng ñến 2,5 Uf.ñm[9]

Kết luận: Khi xảy ra sự cố chạm ñất một pha trong lưới ñiện có trung ñiểm không nối ñất hoặc nối ñất qua cuộn dây dập hồ quang sẽ gây quá ñiện áp trên các pha không

bị chập, làm cho ñiện áp của các pha này tăng cao, có thể dẫn tới ngắn mạch nhiều pha Do ñó sẽ gây ảnh hưởng ñến chất lượng ñiện năng và ñộ tin cậy cung cấp ñiện của lưới ñiện

2.3.3 ðứt dây (hoặc hở mạch) một pha

Thực tế vận hành hệ thống ñiện cho thấy, có thể xảy ra trường hợp hở mạch một hoặc hai pha do ñứt dây, tụt lèo hoặc ñầu tiếp xúc của máy cắt bị hở…gây nên chế ñộ vận hành không toàn pha trong hệ thống ñiện Thường gặp nhất là chế ñộ ñứt dây một pha

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ……… 23

Ở chế ñộ vận hành không ñủ cả ba pha sẽ xuất hiện chế ñộ không cân bằng và thành phần thứ tự nghịch chạy vào các máy ñiện quay, tạo nên từ thông thứ tự nghịch quay ngược chiều với roto với tốc ñộ tương ñối bằng hai lần tốc ñộ ñồng bộ làm xuất hiện trong thân roto và cuộn dây roto dòng ñiện cảm ứng rất lớn, ñốt nóng roto và stato của máy ñiện quay

Biên ñộ của thành phần thứ tự nghịch trong dòng ñiện stato của máy phát ñiện ñồng

bộ phụ thuộc vào cấu hình hệ thống ñiện Với ñường dây truyền tải ñơn như hình vẽ dưới ñây:

Hình 2.11 ðứt dây một pha trên ñường dây truyền tải (a)

Hình 2.12 Sơ ñồ ñẳng trị phức hợp ñể tính toán dòng thứ tự nghịch (b)

Giả sử vị trí ñứt dây tại ñiểm D Khi ñó, trên ñường dây sẽ xuất hiện các thành phần dòng ñiện và ñiện áp thứ tự nghịch, thứ tự không Tổng trở ñường dây chia làm hai thành phần

Một số trường hợp ñứt dây, ñầu dây dẫn bị rơi xuống ñất gây nên sự cố kết hợp: vừa ñứt dây vừa chạm ñất

Trong trường hợp ñứt dây một pha, trị số dòng ñiện thứ tự nghịch không phụ thuộc vào ñiểm sự cố và bé hơn nhiều so với dòng ñiện ñịnh mức của máy phát ñiện Trong

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ……… 24

trường hợp này, thông số của ñường dây không ảnh hưởng ñáng kể ñến trị số của dòng ñiện sự cố thứ tự nghịch

Ngược lại, ñối với trường hợp vừa ñứt dây vừa chạm ñất một pha, thông số của ñường dây tải ñiện và vị trí của sự cố có ảnh hưởng lớn ñến trị số của dòng ñiện thứ tự

2.3.4 Quá tải

Ở nước ta, lưới ñiện hiện nay thường không ñáp ứng kịp thời và ñầy ñủ công suất theo nhu cầu của sự gia tăng và biến thiên của phụ tải Sự cố quá tải thường diễn ra vào các giờ cao ñiểm, gây sụt giảm ñiện áp, không ñảm bảo chất lượng ñiện cung cấp cho các loại phụ tải, làm giảm chất lượng ánh sáng, dừng ñộng cơ ñiện, tăng tổn thất ñiện năng dẫn tới làm ảnh hưởng ñến sản xuất, ñời sồng sinh hoạt của con người

Khi lưới ñiện bị quá tải lớn (do mất nguồn,…), không thể ñiều chỉnh ñược bằng các

biện pháp kỹ thuật thông thường thì thường dẫn tới phải sa thải phụ tải, gây ảnh hưởng ñến ñộ tin cậy cung cấp ñiện của lưới ñiện

Khi bị quá tải, nếu phụ tải trên các pha không ñối xứng thì sẽ làm lưới ñiện mất ñối xứng, làm xuất hiện thành phần thứ tự nghịch làm gia tăng nhiệt ñộ, tăng tổn thất trên ñường dây, trong các máy ñiện Máy ñiện quay có công suất càng lớn thì khả năng chịu quá tải theo dòng ñiện thứ tự nghịch càng thấp

2.3 ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT LƯỢNG ðIỆN NĂNG

Khi chất lượng ñiện áp không ñảm bảo (như sụt áp, quá áp, sóng hài, mất ñối

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ……… 25

xứng ) sẽ gây ra các ảnh hưởng trực tiếp lên các thiết bị ñiện và lưới ñiện như:

- Gây chập chờn, nhấp nháy ánh sáng

- Làm phát nóng các máy ñiện, ñường dây ñiện, sứ cách ñiện

- Gây nhiễu các ñường dây thông tin

- Làm nhiễu hình, méo tiếng, chất lượng hình ảnh và âm thanh kém

- Làm cho các máy cắt, rơle, công tắc tơ và thiết bị bảo vệ tác ñộng nhầm

- Gây hư hỏng máy tính và các thiết bị ñiện tử

- Làm mất dữ liệu máy tính

- Gây mất ñồng bộ các thiết bị xử lý

- Làm giảm tuổi thọ các thiết bị ñiện

ðặc biệt, khi xảy ra các sự cố dẫn ñến ngừng cung cấp ñiện sẽ làm gia tăng các chi phí kinh tế do sử dụng các nguồn dự phòng, do phải khởi ñộng lại các lò ñốt và làm giảm năng suất lao ñộng dẫn ñến thiệt hại về kinh tế, ảnh hưởng ñến kế hoạch sản xuất của các nhà máy, xí nghiệp, các khu công nghiệp

Bảng 2.4 Ảnh hưởng của chiếu sáng ñến năng suất lao ñộng [10]

ðộ rọi (Lux) 30 60 100 200 300 600 Năng suất lao ñộng (%) 85 95 100 105 107 109

Sự phụ thuộc của quang thông và nhiệt ñộ vào ñiện áp của ñèn sợi ñốt ñược thể hiện trong ñồ thị sau [11]:

Hình 2.14 ðặc tính của ñèn sợi ñốt

Trong hệ thống ñiện, mọi sự biến ñổi của ñiện áp ñều tác ñộng ñến nguồn công suất phản kháng và ngược lại Nếu ñiện áp giảm xuống bằng (70 – 80)% ñiện áp ñịnh

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ……… 26

mức có thể dẫn ñến hiện tượng “thác ñiện áp” (Khi ñiện áp giảm liên tục quá một giới

hạn ñiện áp cho phép thì sẽ làm giảm công suất phản kháng trên lưới và tăng tiêu thụ công suất phản kháng trong các phụ tải, làm cho ñiện áp lại càng giảm và dẫn ñến phụ tải ngừng làm việc), ñây là một sự cố vô cùng nghiêm trọng và cần ñược ngăn chặn kịp thời

Khi ñiện áp giảm thì cả công suất tác dụng và công suất phản kháng ñều giảm nhưng công suất tác dụng chịu ảnh hưởng ít hơn so với công suất phản kháng Khi ñiện áp tăng, sẽ làm tăng tổn thất không tải trong các máy biến áp, gây phát nóng cục

bộ, nếu tăng quá cao có thể chọc thủng cách ñiện

0

P, Q

U

QP

Un

Ugh

Hình 2.15 Mối quan hệ giữa công suất và ñiện áp

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ……… 27

TRONG LƯỚI PHÂN PHỐI

Ở nước ta, lưới ñiện phân phối có nhiều cấp ñiện áp khác nhau (0,4; 6; 10; 15; 22; 35; 110 kV), sự phân bố phụ tải còn chưa hợp lý và luôn có sự biến ñộng qua các năm theo “ñà” phát triển kinh tế nên sự liên kết lưới ñiện và phương thức cấp ñiện còn phức tạp Do ñó, việc ñưa ra các phương án nâng cao chất lượng ñiện phải phù hợp với từng lưới ñiện, từng giai ñoạn và lộ trình phát triển kinh tế - xã hội

Lưới ñiện phân phối giữ vai trò quan trọng trong hệ thống ñiện và mang nhiều ñặc ñiểm ñặc trưng[12]:

- Trực tiếp ñảm bảo chất lượng ñiện năng cho các phụ tải;

- Giữ vai trò quan trọng trong ñảm bảo ñộ tin cậy cung cấp ñiện cho phụ tải Có ñến 98% ñiện năng bị mất là do sự cố và ngừng cấp ñiện theo kế hoạch trên lưới phân phối Mỗi sự cố trên lưới phân phối ñều có ảnh hưởng rất lớn ñến các hoạt ñộng kinh tế, xã hội và ñời sống hàng ngày của con người;

- Sử dụng tỉ lệ vốn lớn: khoảng 50% tổng vốn cho hệ thống ñiện;

- Tỉ lệ tổn thất ñiện năng rất lớn: chiếm khoảng (40-50)% tổng tổn thất hệ thống

Do ñó, việc nâng cao chất lượng ñiện trong lưới phân phối là một nhiệm vụ quan trọng Các phương pháp nâng cao chất lượng ñiện phải ñược chú ý từ khâu thiết kế ñến quá trình vận hành hệ thống ñiện, mỗi phương pháp nâng cao chất lượng ñiện sẽ có quy mô khác nhau, có ñặc tính kinh tế và kỹ thuật khác nhau dẫn ñến hiệu quả cũng khác nhau Trong phạm vi nghiên cứu về lưới ñiện phân phối, do ta coi tần số là không ñổi, ñể nâng cao chất lượng ñiện, có thể thực hiện một số biện pháp sau:

- Các biện pháp về quản lý và vận hành

- Các biện pháp ñiều chỉnh ñiện áp

- Các biện pháp nâng cao ñộ tin cậy cung cấp ñiện

3.1 NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ðIỆN NĂNG BẰNG CÁC BIỆN PHÁP VỀ

TỔ CHỨC QUẢN LÝ VÀ VẬN HÀNH

Các biện pháp tổ chức quản lý, vận hành hợp lý không ñòi hỏi chi phí lớn nhưng ñòi hỏi những người thực hiện phải hiểu rõ tình trạng làm việc của hệ thống ñiện Trong phạm vi lưới ñiện phân phối, có thể thực hiện các biện pháp như:

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ……… 28

3.1.1 Phân bố phụ tải hợp lý

Việc phân bố phụ tải hợp lý sẽ làm san bằng ñồ thị phụ tải, làm giảm khoảng giới hạn của ñộ lệch ñiện áp do làm thay ñổi sự chênh lệch về hao tổn ñiện áp lúc phụ tải cực ñại và lúc phụ tải cực tiểu, giúp nâng cao hiệu suất sử dụng lưới ñiện

3.1.2 Chọn sơ ñồ cung cấp ñiện hợp lý

Việc chọn sơ ñồ cung cấp ñiện hợp lý sẽ dẫn ñến làm giảm các thông số R và X trong lưới ñiện Do ñó, làm giảm tới mức tối ña hao tổn ñiện áp, dẫn ñến làm giảm ñộ lệch ñiện áp tại các nút của lưới ñiện

Việc hoàn thiện cấu trúc lưới ñiện ñể nâng cao hiệu quả vận hành là việc rất cần thiết ñối với toàn hệ thống ñiện Tuy nhiên, vấn ñề này ñòi hỏi vốn ñầu tư lớn và chỉ phù hợp với các lưới ñiện mới, ñang ñược ñầu tư xây dựng mà không phù hợp với các lưới ñiện hiện có

3.1.3 ðiều chỉnh chế ñộ làm việc của phụ tải một cách hợp lý

Việc ñiều chỉnh chế ñộ làm việc của các phụ tải một cách hợp lý sẽ dẫn ñến kết hợp ñược các phụ tải phản kháng giữa các hộ dùng ñiện, do ñó sẽ làm giảm hao tổn ñiện áp

và công suất của lưới ñiện tại các thời ñiểm khác nhau

3.1.4 Phân bố thời gian làm việc hợp lý, không vận hành khi non tải

Phân bố thời gian làm việc và ñưa thiết bị vào vận hành trong các thời gian hợp lý

ñể tránh hiện tượng qúa tải vào giờ cao ñiểm

Không vận hành khi non tải vì khi vận hành làm cho hệ số công suất thấp, làm tăng cường công suất phản kháng, dẫn ñến làm tăng hao tổn và tăng ñộ lệch ñiện áp

3.1.5 Lựa chọn tiết diện dây trung tính hợp lý

ðối với lưới ñiện có dây trung tính, việc lựa chọn tiết diện dây trung tính một cách

hợp lý sẽ dẫn ñến làm giảm hao tổn ñiện áp trên dây trung tính (khi xuất hiện mất ñối

xứng hoặc sóng hài), do ñó sẽ giảm tình trạng mất ñối xứng trong lưới ñiện

3.1.6 Phân bố ñều phụ tải giữa các pha, sử dụng thiết bị ñiện ba pha

Thực hiện biện pháp này nhằm làm giảm sự mất ñối xứng giữa các pha trong lưới ñiện, do ñó giảm hao tổn ñiện áp, giảm hao tổn ñiện năng

3.1.7 Với các lưới ñiện có nhiều phụ tải một pha nên chọn MBA có tổ nối dây kiểu sao – zích zắc ñể làm giảm hao tổn do dòng thứ tự không gây ra

3.2 NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ðIỆN NĂNG BẰNG CÁC BIỆN PHÁP ðIỀU CHỈNH ðIỆN ÁP

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ……… 29

Việc thực hiện ñiều chỉnh ñiện áp mang tính chất cục bộ, không thể thực hiện một cách thống nhất trong toàn hệ thống Trong hệ thống lưới ñiện phân phối, việc ñiều chỉnh ñiện áp thường ñược thực hiện tại các trạm biến áp trung gian, các trung tâm phân phối ñiện bằng một số biện pháp như:

- Thay ñổi ñầu phân áp máy biến áp trung gian (hoặc khu vực)

- Sử dụng MBA ñiều chỉnh hay MBA bổ trợ ñiều chỉnh ñiện áp trên ñường dây

- Sử dụng thiết bị bù ñể giảm hao tổn ñiện áp trên ñường dây: Tụ ñiện bù, máy bù ñồng bộ, ñộng cơ ñồng bộ có ñiều chỉnh kích từ

- Khử sóng hài

- Thay ñổi tiết diện dây dẫn

- Nâng cao ñiện áp của lưới ñiện

Trong phạm vi nghiên cứu của ñề tài, tác giả sẽ tập trung nghiên cứu ñiều chỉnh ñiện áp bằng bù công suất phản kháng ðây là biện pháp kỹ thuật rất có hiệu quả, mang lại lợi ích kinh tế và nhiều ñặc tính kỹ thuật tốt cho lưới ñiện Khi áp dụng các công nghệ khoa học kỹ thuật vào việc ñiều chỉnh dung lượng bù cho lưới ñiện, không những có thể ñiều chỉnh trơn ñược các tụ bù mà còn giúp giảm tổn thất, ổn ñịnh hệ thống, tăng khả năng tải của ñường dây, nâng cao ñộ tin cậy cung cấp ñiện

Các biện pháp ñiều chỉnh ñiện áp bằng thay ñổi ñầu phân áp máy biến áp, sử dụng máy biến áp bổ trợ ñã ñược áp dụng từ lâu và thường có tính toán ñến trong khâu thiết

kế lưới ñiện Các biện pháp khử sóng hài, biện pháp thay ñổi tiết diện dây dẫn, nâng cao ñiện áp lưới ñiện là những biện pháp phụ trong ñiều chỉnh ñiện áp, trong nội dung của ñề tài chỉ ñề cập ñến và không nghiên cứu sâu

3.2.1 Một số vấn ñề chung về ñiều chỉnh ñiện

1 Nguyên tắc ñiều chỉnh ñiện áp:

- Việc ñiều chỉnh ñiện áp chỉ cần thỏa mãn tiêu chuẩn ñiện áp tại hai vị trí ñầu nguồn và cuối nguồn tại hai thời ñiểm cực ñại và cực tiểu thì các ñiểm còn lại

và trong chế ñộ vận hành khác cũng ñảm bảo

- Việc ñiều chỉnh ñiện áp phải ñược xem xét từ lúc thiết kế, theo ñịa ñiểm vận hành cụ thể và phát triển trong tương lai

2 ðiều kiện ñể ñiều chỉnh ñiện áp:

- ðảm bảo ñủ công suất tác dụng và phản kháng ñáp ứng cho nhu cầu phụ tải và hao tổn công suất

- ðảm bảo dòng công suất phản kháng trong mạng là nhỏ nhất

3 Cách thức ñiều chỉnh ñiện áp:

Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sỹ kỹ thuậtẦẦẦ ẦẦẦ 30

- Phân chia ựiều chỉnh ựiện áp theo từng khu vực

- Tại nhà máy ựiện, trạm khu vực, mạng ựiện ựịa phương ựảm bảo ựiện áp ựầu ra trong giới hạn nhất ựịnh theo tiêu chuẩn

- Việc ựiều chỉnh ựiện áp tại nhà máy ựiện kết hợp ựầu phân áp máy biến áp ựảm bảo ựiện áp ựầu vào mạng khu vực

- điều chỉnh mạng khu vực ựảm bảo ựiện áp ựầu ra cho mạng khu vực

- điều chỉnh ựiện áp tại ựịa phương trực tiếp cho hộ tiêu thụ là một trong các biện pháp rất quan trọng ựảm bảo chất lượng ựiện năng

4 Các giai ựoạn ựiều chỉnh:

- điều chỉnh sơ cấp: đáp ứng nhanh sự biến thiên tức thời của ựiện áp của các thiết bị ựiều chỉnh, thực hiện tự ựộng trong vài chục phần trăm giây, duy trì ựiện

áp ở mức an toàn, tránh nguy cơ sụt áp trong chế ựộ vận hành bình thường và nhất là khi sự cố

- điều chỉnh thứ cấp: đối phó sự biến ựổi chậm ựiện áp, mục ựắch là hiệu chỉnh lại các thông số ựiều chỉnh sơ cấp, ựiều chỉnh các tụ bù, ựiều chỉnh các kháng ựiện và MBA ựiều áp dưới tải, quá trình duy trì ựiện áp trong vòng 3 phút trong các miền ựiều chỉnh

- điều chỉnh cấp 3: điều hòa mức ựiện áp giữa các miền ựiều chỉnh thứ cấp theo tiêu chuẩn kinh tế và an toàn Do trung tâm ựiều ựộ thực hiện tại các trạm khu vực hay trực tiếp tại phụ tải

5 Một số sơ ựồ ựiều chỉnh ựiện áp trong lưới phân phối [13]

Hình 3.1- Sơ ựồ ựiều chỉnh ựiện áp: a)- Dùng MBA có ựiều áp dưới tải; b)- Dùng máy bù ựồng

bộ; c)- Dùng tụ bù ; d)- Dùng MBA ựiều chỉnh ựường dây

3.2.2 điều chỉnh ựiện áp bằng các thiết bị ựiều chỉnh như: ựầu phân áp máy biến áp, máy biến áp bổ trợ, máy biến áp ựiều chỉnh ựường dây, máy bù ựồng

bộ

để ựiều chỉnh ựiện áp trên tất cả các nút trong lưới ựiện trong miền giới hạn cho phép chúng ta phải áp dụng các biện pháp vận hành và kỹ thuật khác nhau, ắt nhất