tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật NGHIÊN cứu tìm HIỂU các PHƯƠNG PHÁP QUY HOẠCH lưới PHÂN PHỐI điện

Do đóngay từ khâu thiết kế quy hoạch lưới điện phân phối cần phải đặcbiệt quan tâm một cách triệt để phương pháp phân tích kinh tế, lựachọn tiết diện dây dẫn sao cho phương án hợp lý và

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

-HÀ THANH TÙNG

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGHIÊN CỨU TÌM HIỂU CÁC PHƯƠNG PHÁP QUY

HOẠCH LƯỚI PHÂN PHỐI ĐIỆN

Chuyên ngành : Thiết bị, mạng & Nhà máy điện

Mã số : 605250

THÁI NGUYÊN - 2011

Luận văn được hoàn thành tại trường Đại học Kỹ tuậtCông nghiệp Thái Nguyên.

Cán bộ HDKH : PGS.TS Trần Bách

Phản biện 1 : TS Phan Đăng Khải

Phản biện 2 : TS Ngô Đức Minh

Luận văn đã được bảo vệ trước hội đồng chấm luận văn, họptại: Phòng cao học số 02, trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp TháiNguyên

Vào 13 giờ 30 phút ngày 12 tháng 01 năm 2012

Có thể tìm hiển luận văn tại Trung tâm Học liệu tại Đại họcThái Nguyên và Thư viện trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp TháiNguyên

MỞ ĐẦU

Nhiệm vụ trọng tâm của hệ thống điện là luôn luôn phải bảođảm cho các hộ tiêu thụ đủ điện năng theo kế hoạch với chất lượngcho phép và giá thành thấp Nhiệm vụ đó đòi hỏi cán bộ thiết kế - kỹthuật, lựa chọn phương án (hay còn gọi là sách lược) tối ưu để đạtđược mục đích đề ra

Các hộ phụ tải nhận điện trực tiếp thông qua các trạm biến ápphân phối, Sự phát triển không ngừng của phụ tải ngày càng đỏi hỏicao về chất lượng năng lượng và độ tin cậy cung cấp điện Do đóngay từ khâu thiết kế quy hoạch lưới điện phân phối cần phải đặcbiệt quan tâm một cách triệt để phương pháp phân tích kinh tế, lựachọn tiết diện dây dẫn sao cho phương án hợp lý và tối ưu nhất vềmặt kinh tế - kỹ thuật, thích hợp với nền kinh tế thị trường

Luân văn có nội dung tìm hiểu, học tập và nắm được cácphương pháp quy hoạch để có thể vận dụng vào thực tế Vận dụng cóthể thực hiện được ngay là làm các biểu bảng và đồ thị cho phépngười làm quy hoạch rút ngắn thời gian tính toán và thiết kế - chọnnhanh thiết bị và đánh giá được chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của chúng.Nội dung của luận văn được chia thành 4 chương:

Chương 1: Giới thiệu về lưới điện phân phối

Chương 2: Các phương pháp chung về quy hoạch và thiết kế lưới điện

Chương 3: Lựa chọn tiết diện dây dẫn trong lưới điện phân phối

1

Chương 4: Tính toán áp dụng (Lập biểu bảng và xây dựng

đồ thị cho phép chọn nhanh tiết diện dây dẫn trong quy hoạch lưới điện phân phối)

Các kết luận và kiến nghị.

Sau một thời gian nghiên cứu, đến nay luận văn đã hoàn thành.Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc của mình đối với sự giúp đỡ

tận tình của thầy giáo PGS.TS Trần Bách Xin chân thành cảm ơn

các thầy, cô giáo trong Bộ môn Hệ thống điện - Trường Đại họcBách Khoa Hà Nội và các thầy cô giáo trường Đại học Kỹ thuậtCông nghiệp - Đại học Thái Nguyên đã tạo điều kiện giúp đỡ trongsuốt quá trình tham gia khóa học Xin chân thành cảm ơn Khoa sauđại học, bạn bè đồng nghiệp và người thân đã tạo điều kiện giúp đỡtôi hoàn thành luận văn này

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn và chân thành cảm ơn!

Thái Nguyên, ngày 10 tháng 12 năm 2011

Hà Thanh Tùng

2

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ LƯỚI PHÂN PHỐI ĐIỆN 1.1 KHÁI NIỆM CHUNG

Hệ thống điện bao gồm các nhà máy điện, các trạm biến áp,các đường dây truyền tải và phân phối điện được nối với nhau thành

hệ thống làm nhiệm vụ sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng.Mặt khác hệ thống điện phát triển không ngừng trong khônggian và thời gian nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của phụ tải,nhiều nhà máy điện có công suất vừa và lớn đã và đang được xâydựng Các nhà máy điện thường được xây dựng ở những nơi gầnnguồn nhiên liệu hoặc việc chuyên chở nhiên liệu thuận lợi, ít tốnkém Trong khi đó các trung tâm phụ tải lại ở xa, do vậy phải dùnglưới truyền tải để chuyển tải điện năng đến các hộ phụ tải Vì lý do

kỹ thuật cũng như an toàn, không thể cung cấp trực tiếp cho các phụtải bằng lưới truyền tải, do vậy phải dùng lưới điện phân phối

1.3.2 Phân loại lưới phân phối trung áp

- Theo đối tượng địa bàn phục vụ:

+ Lưới phân phối thành phố

+ Lưới phân phối nông thôn

+ Lưới phân phối xí nghiệp

- Theo thiết bị dẫn điện:

+ Lưới phân phối trên không

+ Lưới phân phối cáp ngầm

- Theo cấu trúc hình dáng:

+ Lưới phân phối hở (hình tia) có phân đoạn và khôngphân đoạn.

+ Lưới phân phối kín vận hành hở

+ Hệ thống phân phối điện

1.4 CÁC CHỈ TIÊU VÀ TIÊU CHUẨN ĐÁNH GIÁ MẠNG LƯỚI PHÂN PHỐI

- Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng lưới phân phối:

+ Sự phục vụ đối với khách hàng

+ Hiệu quả kinh tế đối với các doanh nghiệp điện

- Các tiêu chuẩn đánh giá:

+ Chất lượng điện áp

+ Độ tin cậy cung cấp điện

+ Hiệu quả kinh tế (giá thành tải điện nhỏ nhất)

+ Độ an toàn đối với ngời và thiết bị

+ Ảnh hưởng tới môi trường (cảnh quan, ảnh hưởng đếnđường dây điện thoại )

1.5 CÁC PHẦN TỬ TRONG LƯỚI PHÂN PHỐI

- Máy biến áp trung gian và máy biến áp phân phối

- Thiết bị dẫn điện: đường dây điện bao gồm dây dẫn và phụ kiện

- Thiết bị đóng cắt và bảo vệ

- Thiết bị điều chỉnh điện áp

- Thiết bị đo lường

- Thiết bị giảm tổn thất điện năng: tụ bù

- Thiết bị nâng cao độ tin cậy

- Thiết bị điều khiển xa hoặc tự động

1.6 PHƯƠNG PHÁP PHÂN PHỐI ĐIỆN TRUNG ÁP VÀ NỐI ĐẤT TRUNG TÍNH CUỘN TRUNG ÁP MBA NGUỒN 1.6.1 Phương pháp phân phối điện trung áp

1.6.2.2.Trung tính nối đất trực tiếp: Z = 0

1.6.2.4.Phương pháp nối đất qua cuộn dập hồ quang

1.7.2.1Sơ đồ lưới điện phân phối trung áp trên không

1.7.2.2 Sơ đồ lưới phân phối cáp trung áp

a Sơ đồ lưới phân phối mạch vòng kín

Phụ tải

Phụ tải

Phụ tải

Hình 1.4 Sơ đồ lưới phân phối mạch

Hình 1.3 Sơ đồ lưới phân phối trên không

hình tia

2

3

b Cung cấp điện bằng hai đường dây song song

c Mạch liên nguồn

d Mạng phân phối được cung cấp điện thông qua trạm cắt

Thanh cái TBA

Hình 1.5 Cung cấp điện bằng hai đường dây song

e Sơ đồ sử dụng đường dây dự phòng chung

1.7.2.3 Sơ đồ hệ thống phân phối điện

1.7.2.4 Sơ đồ lưới phân phối hạ áp

Hình 1.8 Sơ đồ sử dụng đường dây dự phòng chung

Hình 1.10 Sơ đồ lưới phân phối hạ áp và phương pháp cung cấp điện cho phụ tải một pha

DCL phân đoạn Phụ tải 1 pha hoặc 3 pha

A B C 0dây dẫn pha

b)

1.8 TRẠM BIẾN ÁP PHÂN PHỐI

1.9 HỆ THỐNG PHÂN PHỐI ĐIỆN TẠI VIỆT NAM 1.9.1 Tình hình phát triển lưới điện phân phối của nước ta 1.9.2 Tình hình phát triển phụ tải điện

MB A

CCCSV

Đường dây trung áp

CC

CDCSV

CHƯƠNG 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP CHUNG VỀ QUY HOẠCH VÀ

THIẾT KẾ LƯỚI ĐIỆN

2.1 TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP QUY HOẠCH VÀ THIẾT KẾ LƯỚI ĐIỆN

Muốn lưới điện phát triển tối ưu trong thời gian dài cần phảilàm quy hoạch Có quy hoạch dài hạn và ngắn hạn

Quy hoạch dài hạn là bản ghi trình tự phát triển tối ưu lướiđiện trong thời gian đủ dài từ 15 đến 20 năm

Quy hoạch ngắn hạn là sơ đồ phát triển chi tiết hơn lưới điệntrong khoảng thời gian ngắn trước mắt khoảng từ 5 đến 7 năm

2.2 CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUY HOẠCH 2.2.1.

Dự báo phụ tải

Dữ liệu lịch sử

Kế hoạch công nghiệp

Bản đồ thành phố

Sử dụng diện tích

Nhân tố địa lý

Dự báo phụ tải

Hình 2.1: Các yếu tố ảnh hưởng đến dự báo phụ tải

Đất sẵn có

Vị trí đường dây truyền tải

Vị trí TBA

Chi phí vật liệu

Chi phí sửa chữa

Tổng chi phí

Chi phí tổn hao

do xây dựng

Chi phí điều hành

Chi phí phát sinh khác

Hình 2.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến tổng chi phí

của hệ thống phân phối mở rộng

2.3 MÔ HÌNH QUY HOẠCH HỆ THỐNG PHÂN PHỐI

13

Dự báo phụ tải

Mở rộng

hệ thống hiện tại

Thiết kế mới

Hệ thống đảm bảo

Tổng chi phí phù hợp

Giải pháp

Hình 2.6 Sơ đồ khối của quá trình lập kế hoạch phân phối

2.4 QUY HOẠCH HỆ THỐNG PHÂN PHỐI TRONG TƯƠNG LAI

2.4.1 Yếu tố kinh tế

2.4.2 Yếu tố công nghệ

2.5 DỰ ĐOÁN TƯƠNG LAI CỦA QUY HOẠCH LƯỚI PHÂN PHỐI

2.5.1 Tăng tầm quan trọng của việc quy hoạch

2.5.2 Tác động của quản lý phụ tải

2.5.3 Chi phí / lợi ích

2.5.4 Công cụ quy hoạch mới

CHƯƠNG 3 LỰA CHỌN TIẾT DIỆN DÂY DẪN TRONG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI

3.1 CÁC LOẠI CHI PHÍ CHO LƯỚI ĐIỆN

Để lưới điện ra đời và làm việc tốt đến khi hỏng (hết tuổi thọ nnăm) cần phải có các chi phí:

1 Vốn đầu tư ban đầu

2 Chi phí hoạt động và bảo dưỡng hàng năm.

Đó là 2 chi phí trực tiếp bắt buộc cho lưới điện

Ngoài ra doanh nghiệp điện và xã hội còn phải chịu các chi phíkéo theo:

3 Chi phí cho tổn thất công suất và tổn thất điện năng

4 Chi phí do điện năng không được cấp cho phụ tải vì lý do sự

cố hay ngừng điện kế hoạch đường dây điện, gọi là chi phí do độ tin cậy cung cấp điện.

3.1.1 Chi phí vốn đầu tư ban đầu V 0 [đ]

Vốn đầu tư ban đầu để xây dựng đường dây:

0

V   K K '.L K".F.L 

(3.1)

3.1.2 Chi phí hoạt động và bảo dưỡng HB t [đ]

3.1.3 Chi phí cho tổn thất công suất và tổn thất điện năng

1 Chi phí cho tổn thất công suất tác dụng

2 Chi phí cho tổn thất điện năng

a) Cho đường dây điện:

b) Cho máy biến áp

3.1.4 Chi phí cho độ tin cậy

Hình 3.1 Quan hệ vốn tổn thất

3.2 LỰA CHỌN TIẾT DIỆN DÂY DẪN TRONG LƯỚI PHÂN PHỐI

3.2.1 Các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật khi lựa chọn dây dẫn

Có nhiều chỉ tiêu để đánh giá lưới điện nhưng cơ bản có 4 tiêuchí sau:

- Đảm bảo cung cấp điện, đáp ứng đủ nhu cầu của phụ tải vớichất lượng điện năng cho phép

- Cung cấp điện liên tục và an toàn

- Giảm tổn thất trong truyền tải, phân phối, giảm giá thànhxây dựng, giảm giá bán điện

- Hạn chế mức thấp nhất ảnh hưởng của lưới điện đối vớimôi trường sinh thái, cảnh quan

Với ngành điện hiện nay, việc lựa chọn tối ưu tiết diện dây dẫnnói riêng hay các thiết bị điện nói chung còn là vấn đề tài chính ảnhhưởng đến chi phí kinh doanh bán điện trong điều kiện kinh tế thị

trường Do đó trong bài toán quy hoạch thiết kế lưới điện, chọn tiết

diện dây dẫn là một trong những bài toán cơ bản nhất.

Z = f(F)

vh+atc).(k0+b.F)3.I2

3.2.2 Chỉ tiêu kinh tế khi lựa chọn tiết diện dây dẫn.

3.2.2.1 Mật độ kinh tế dòng điện

Trong trường hơp phụ tải điện không tăng theo thời gian, lấytiết diện kinh tế chia cho giá trị max của dòng điện ta được mật độkinh tế dòng điện [1]:

max

kt kt

I j F



 [A,kW,kVAr,kV]

P, Q, cosφ là công suất tính toán của phụ tải

3.2.2.2 Mật độ kinh tế dòng điện tính theo chi phí vòng đời

a) Chi phí vòng đời:

)A.cP.cA.cHB(V

1

t t At t Pto

b) Tính mật độ kinh tế

(3.24)

Từ đây ta rút ra tiết diện kinh tế của dây dẫn:

"

max kt

K

3.I

"

cs o max

K

.F.R

K F

Khi đường dây có phụ tải phát triển có thể có 2 cách chọn dây dẫn:

1 Chọn theo khoảng chia kinh tế

2 Tính chuyển phụ tải phát triển thành phụ tải tĩnh rồi chọntheo jkt

Chọn theo jkt có sai số lớn do tính chuyển đổi phụ tải, do bậccủa dây dẫn tiêu chuẩn rất rộng , cho nên tính theo khoảng chia kinh

tế tốt hơn, hoặc là phân tích kinh tế để so sánh trực tiếp một số tiếtdiện dây

1 Tính khoảng chia kinh tế theo chi phí vòng đời

max

I I



 

N

t A hb

N

A hb

vd

r U

P R c V a V

r R

I c V a V

r c

V a V

CP

2 max 0

0 1

2 max 0

0

1 0 0

0

)1(

1cos

)1(

1 3

)1(

1)(





3.3 CÁC ĐIỀU KIỆN VỀ KỸ THUẬT

3.3.1 Phát nóng lâu dài dây dẫn.

a Phát nóng cho phép của dây dẫn:

Bảng 3.5 Nhiệt độ cho phép của dây dẫn – θ cp , ( oC)

Dây dẫn

Nhiệt độ cho phép lâu dài

Nhiệt độ cho phép ngắn hạn

Nhiệt độ cho phép lớn nhất khi ngắn mạch Thanh dẫn và dây

trần

- Đồng

- Nhôm

70 70

125 125

300 200 Cáp cách điện giấy

80 65 60

125 100 90

Đồng 200 200 200

Nhôm 200 200 200 Cáp cách điện cao

su

55 65

100 110

150 150 150

150 150 150 Cáp cách điện chất

b Điều kiện chọn hoặc kiểm tra dây dẫn:

I’ max  I’CP [A,A]

- Lưới điện trung áp: Ucpbt=6%- 8%; Ucpsc=10%- 12%

- Lưới hạ áp: Ucpbt=5% phần ngoài trời; Ucpsc=10% Phần trong nhà cho phép tổn thất đến 5%

CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN ÁP DỤNG

Trong chương này luận văn sẽ đi vào các vấn đề:

- Phân tích về phương pháp lựa chọn tiết diện dây dẫn củađường dây trên không theo chi phí vòng đời và khoảng chia kinh tế;

từ đó tính toán, lập biểu bảng và xây dựng đồ thị minh họa khoảngchia kinh tế giữa các loại dây dẫn cho phép lựa chọn nhanh tiết diệndây dẫn trong khu vực quy hoạch theo giá trị dòng điện giới hạn

- Xây dựng đồ thị kiểm tra nhanh tổn thất điện áp của loại dâydẫn ứng với cấp điện áp thiết kế

- Ví dụ tính toán, lựa chọn dây dẫn một lưới điện trung áp –xuất tuyến 22 kV của một trạm biến áp trung gian tại thành phố TháiNguyên được xây mới

- Ứng dụng chương trình PSS/ADEPT để tính toán phân bốcông suất, tổn thất điện áp nhằm kiểm tra điều kiện kỹ thuật đối vớiđường dây trong lưới phân phối đã chọn

4.1 LỰA CHỌN TIẾT DIỆN DÂY DẪN CỦA ĐƯỜNG DÂY TRÊN KHÔNG THEO KHOẢNG CHIA KINH TẾ

4.1.1 So sánh giữa các phương pháp lựa chọn tiết diện dây dẫn

Khi đường dây có phụ tải phát triển có thể có 2 cách lựa chọndây dẫn:

1. Chọn theo khoảng chia kinh tế

2. Tính chuyển phụ tải phát triển thành phụ tải tĩnh rồichọn theo Jkt

Chọn theo Jkt có sai số lớn do tính chuyển đổi phụ tải, do bậccủa dây dẫn tiêu chuẩn rất rộng

Trước khi biết sử dụng mật độ kinh tế của dòng điện, khi lựachọn tiết diện dây dẫn đã có xét đến tiền vốn đầu tư, thực chất là tiềnchi phí kim loại dùng cho đường dây Tính toán theo Jkt đã xét đếnvốn đầu tư đường dây và chi phí tổn thất điện năng Mặc dù cónhững ưu điểm đó, tuy nhiên phương pháp này còn tồn tại nhữngvấn đề thiếu sót vì đã dựa trên những cơ sở giả thiết không hoàn toànđúng

Tiết diện kinh tế cần phải được xác định không chỉ theo điềukiện đạo hàm chi phí theo tiết diện bằng không (3.32), mà còn phảitheo điều kiện đạo hàm chi phí theo dòng điện cực đại δZ/δIZ/δZ/δIImax bằngkhông Đó chính là những ưu điểm của phương pháp lựa chọn tiếtdiện dây dẫn theo khoảng chia kinh tế

4.1.2 Xây dựng đồ thị lựa chọn tiết diện dây dẫn theo khoảng chia kinh tế

Trong chương này ta sẽ đi xây dựng đồ thị quan hệ giữa chiphí vòng đời đường dây CPvd0 và Imax của các cấp điện áp đối với mộtkhu vực cụ thể theo quan hệ: CPvd0 =f(Imax)

Để xây dựng được đồ thị với phạm vi kinh tế nói trên, tacần xác định các giá trị dòng điện giới hạn(Ighi) ứng với các giaođiểm giữa hai tiết diện dây dẫn Biết rằng tại giao điểm này ứngvới phụ tải có giá trị là Ighi thì dùng tiết diện tiêu chuẩn Fi hay Fi+1

là như nhau Trước hết ta xét biểu thức (4.1):

vd

r R

I c V a V

CP

1

2 max 0

0 0

) 1 (

1 3

(4.1)

Trong biểu thức trên ta có thể phân tích thành hai thànhphần Thành phần thứ nhất là thành phần cố định ứng với mỗi cỡdây tiêu chuẩn Thành phần thứ hai là phí về tổn thất điện năng,phụ thuộc vào bình phương của dòng điện nên đường cong biểuthị hàm chi phí vòng đời là một đường parabol Tiết diện càng

Hình 4.1 Đồ thị xác định khoảng chia kinh tế

lớn thì đường parabol sẽ có dạng thoai thoải hơn Giao điểm giữahai đường cong F1 và F2 xác định dòng điện cực đại Igh1 Tại điểmnày chi phí vòng đời của hai phương án là bằng nhau Do đó ta cócông thức (4.2):

N

gh A hb

r r

I c V a V

r r

I c V a V

1

02

2 1 02

02

1

01

2 1 01

01

) 1 (

1

3

) 1 (

1

3





(4.2)Giải phương trình (4.2) nói trên ta có Igh1:

N t

hb t gh

r r c r

r r a r V

V I

1

02 01

1

02 01 01

02 1

3.11

11



[A]

(4.3)

Như vậy giá trị Igh phụ thuộc vào những thông số sau:

- Chi phí xây dựng V01; V02 [tr.đồng/km] tương ứng với tiết diện F1 & F2;

- Vòng đời tính toán của dây dẫn N [năm];

- Hệ số vận hành, sửa chữa, bảo dưỡng ahb

- Điện trở trên một đơn vị dài r01, r02 [Ω/km]

- Hệ số tăng phụ tải a%:

- Giá thành tổn thất điện năng cA-[đ/kWh];

- Số năm phụ tải tăng t [năm];

- Chiết khấu % (r) là hệ số lợi nhuận đầu tư trung bìnhtrong kinh doanh.

- Thời gian tổn thất công suất lớn nhất τ [giờ]

4.1.3 Giới thiệu chương trình tính Khoảng chia kinh tế