tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật sử DỤNG THIẾT bị tự ĐỘNG CÁCH LY PHẦN tử sự cố TRONG lưới điện PHÂN PHỐI NHẰM NÂNG CAO độ TIN cậy CUNG cấp điện và áp DỤNG CHO lưới

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊNTRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ---o0o---TẠ QUANG THẮNG SỬ DỤNG THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG CÁCH LY PHẦN TỬ SỰ CỐ TRONG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI NHẰM NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG

NGHIỆP

-o0o -TẠ QUANG THẮNG

SỬ DỤNG THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG CÁCH LY PHẦN TỬ SỰ CỐ TRONG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI NHẰM NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN VÀ ÁP DỤNG CHO LƯỚI ĐIỆN THÀNH PHỐ THÁI NGUYÊN

Chuyên ngành: Thiết bị mạng và nhà máy điện

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG

NGHIỆP

-o0o -TẠ QUANG THẮNG

SỬ DỤNG THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG CÁCH LY PHẦN TỬ SỰ CỐ TRONG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI NHẰM NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN VÀ ÁP DỤNG CHO LƯỚI ĐIỆN THÀNH PHỐ THÁI NGUYÊN

Chuyên ngành: Thiết bị mạng và nhà máy điện

Mã số:

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ THIẾT

BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN

CHƯƠNG 1 PHẦN MỞ ĐẦU

I Lý do lựa chọn đề tài:

Độ tin cậy cung cấp điện cùng với chấtlượng điện năng là hai chỉ tiêu quan trọng đểđánh giá về một hệ thống điện

Trong hệ thống điện nước ta, các giảipháp tự động hoá thường chỉ được nghiên cứu

và áp dụng cho các nhà máy điện, trạm biến

áp quan trọng, lưới truyền tải 500kV, 220kV.Việc áp dụng các công nghệ tự động hoávào lưới phân phối để nâng cao chất lượngquản lý kỹ thuật, vận hành; đảm bảo chấtlượng điện năng, độ tin cậy cung cấp điện;mang lại hiệu quả kinh tế cao là yêu cầu cấpthiết

Hệ thống phân phối tự động DAS

(Distribution Automation System) đang được

áp dụng tại các nước có trình độ phát triển caotrong lĩnh vực điện lực để nâng cao độ tin cậycung cấp điện

Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu việc

sử dụng các thiết bị phân đoạn trong lướiphân phối nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấpđiện và đề xuất ứng dụng công nghệ tự độngDAS vào lưới phân phối để nâng cao độ tincậy cung cấp điện

I 2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là cácgiải pháp tự động đang được sử dụng để đảmbảo độ tin cậy cung cấp điện trong lưới phânphối và phân tích vai trò của DAS trong việc

nâng cao độ tin cậy khi được áp dụng vàolưới phân phối.

3 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài:

Các giải pháp nghiên cứu trong đề tài cótác dụng: nhanh chóng phân vùng sự cố, loại trừ sự cố, rút ngắn thời gian mất điện, giảm

kỳ vọng thiếu hụt điện năng hay cũng chính lànâng cao độ tin cậy cung cấp điện

CHƯƠNG II: NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ TỰ ĐỘNG HOÁ LƯỚI

PHÂN PHỐI2.1 Phát hiện sự cố chạm đất trong lưới điện trung áp có dòng chạm đất bé:

Khi chạm đất một pha dòng chạm đấtnhỏ, tuỳ theo điện dung của mạng mà dòng

này khoảng từ 5 đến 30A.

Trong lưới điện có dòng chạm đất bé, sự

cố chạm đất thường được phát hiện thông quatín hiệu dòng chạy qua điểm trung tính hoặctín hiệu điện áp thứ tự không xuất hiện ởtrung điểm của lưới

Một số loại bảo vệ chống chạm đất tronglưới điện có dòng chạm đất bé thường được

sử dụng hiện nay là:

-Bảo vệ quá dòng điện thứ tự không.-Bảo vệ quá dòng điện thứ tự không cóhướng

-Bảo vệ để phát hiện chạm đất không ổnđịnh

-Bảo vệ thứ tự không có hướng phản ứng theo

hài bậc cao

2.2 Phát hiện và cách ly phần tử hư hỏng trong lưới điện phân nhánh:

2.2.1 Phát hiện và cách ly phần tử hư hỏng theo phương pháp thủ công:

2.2.2 Sử dụng dao cách ly tự động:

2.2.3 Sử dụng máy cắt tự đóng lại (Recloser):

2.3 DAS - Phương tiện hữu hiệu để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện lưới phân phối:

Những ưu điểm nổi bật của DAS là:

- Phát hiện nhanh chóng, chính xác sự

cố, giảm thời gian mất điện

- Rút ngắn thời gian phục hồi, nâng caochất lượng phục vụ khách hàng

- Giảm chi phí vận hành do tự độngkiếm tìm và loại bỏ sự cố (không phải đi tìmkiếm và thao tác loại bỏ sự cố bằng tay), tựđộng quản lý, ghi số liệu vận hành, dữ liệu sựcố.

- Nâng cao hiệu suất sử dụng thiết bị phân phối, tăng hiệu quả vận hành thiết bị.Với các ưu điểm trên, khi áp dụng DASvào lưới điện phân phối, độ tin cậy của lưới sẽtăng lên đáng kể

Một vấn đề khác không thể không đềcập đến là vốn đầu tư cho DAS không lớn,nằm trong khả năng của các công ty Điện lực

CHƯƠNG 3: CÁC GIAI ĐOẠN PHÁT

TRIỂN CỦA DAS

Hệ thống phân phối tự động bao gồmhai giai đoạn Giai đoạn một có nhiệm vụ pháthiện, loại trừ sự cố và nhanh chóng khôi phụccung cấp điện Giai đoạn hai sử dụng máytính và hệ thống thông tin để có thể giám sát

và điều khiển từ xa

lưới phân phối:

3.3.1 So sánh DAS và Recloser

Sự khác nhau cơ bản giữa hệ thốngrecloser và hệ thống DAS là trong hệ thống tựđóng lại khi số lượng recloser tăng lên, việcchỉnh định bảo vệ rất khó khăn và thời gianchỉnh định sẽ dài Do đó dòng sự cố sẽ tồn tạitrong thời gian dài có khả năng gây hư hỏngcho đường dây và các thiết bị Khi xảy ra sự

cố ở phía phụ tải, việc mất điện sẽ kéo dài chođến khi sự cố được loại trừ Với DAS, nhờcác cầu dao tự động PVS nhanh chóng cách lyphân đoạn sự cố, việc cung cấp điện được tiếptục trở lại từ xuất tuyến khác tại điểm nốivòng Như vậy, thời gian mất điện được giảmxuống, độ tin cậy cung cấp điện được nâng

- Nên sử dụng DAS ngay từ đầu cho cảkhu vực thành thị và khu vực nông thôn.

- Trường hợp các bộ tự đóng lại đã đượclắp đặt vẫn có thể sử dụng DAS nhưng phảiphối hợp bảo vệ giữa hệ thống tự đóng lại vàDAS

3.3.2 So sánh các phương pháp tự động hoá lưới phân phối ngầm

Hệ thống mạch vòng đơn có độ tin cậythấp nhất, việc cấp điện trên toàn lưới bị gián

đoạn cho đến khi loại trừ được sự cố Hệthống nhiều mạch vòng cũng mất điện chođến khi phần mất điện được xác định nhưng

có thể ngay lập tức cấp điện từ xuất tuyếnkhác qua điểm nối vòng

Về chi phí đầu tư, các hệ thống mạchvòng có chi phí rẻ hơn chi phí hệ thống dựphòng

3.3.3 So sánh các thiết bị đóng cắt mạch điện:a) So sánh các thiết bị đóng, cắt của đường dây phân phối trên không (ĐDK)

b) So sánh các thiết bị đóng cắt dành chođường cáp ngầm:

3.3.4 So sánh các hệ thống thông tin để kếtnối giữa TCR và RTU, giữa TCM và TCR:

Để kết nối giữa TCR và RTU có thể sửdụng hệ thống thông tin hữu tuyến và hệthống thông tin vô tuyến Hệ thống thông tinhữu tuyến được phân chia tiếp thành hệ thốngcáp kim loại và hệ thống cáp quang.

Mỗi hệ thống trên đều có ưu nhược điểmriêng Hệ thống vô tuyến dễ lắp đặt và vốnđầu tư thấp nhưng tín hiệu có nhiều khả năng

bị nhiễu do điều kiện thời tiết, các loại sóng

vô tuyến khác hay các toà nhà cao tầng ở đôthị Ngược lại hệ thống hữu tuyến có chi phíđầu tư cao nhưng đảm bảo chắc chắn thựchiện được việc thông tin ngay cả trong cácđiều kiện xấu nhất Trong đô thị nên áp dụng

hệ thống thông tin hữu tuyến vì ở đây đườngdây phân phối ngắn Khu vực ngoại thành nên

sử dụng hệ thống thông tin vô tuyến để giảmbớt chi phí đầu tư do đường dây phân phối ởlưới này rất dài.

3.4 Phương hướng phát triển của DAS trong tương lai:

Trong tương lai ta có thể phối hợp DASvới các hệ thống tự động hoá khác nhưSCADA (Supervisory Control And DataAcquisition - Hệ thống giám sát điều khiển vàthu thập dữ liệu vận hành) hay EMS (EnergyManagement System - Hệ thống điều khiểncác quá trình năng lượng)

Hệ thống điều khiển các quá trình nănglượng EMS bao gồm 2 nội dung:

- Giải tích lưới điện

- Tối ưu hoá chế độ vận hành của hệ

DAS có thể biểu diễn lưới điện và cácthông số của lưới trên máy tính nên để tiến tớikhả năng giải tích lưới là hoàn toàn có thể Sau khi tính toán được phương thức vậnhành tối ưu của lưới khả năng đóng cắt mạch

tự động của DAS sẽ giúp đóng, mở mạch theotính toán và DAS sẽ được tận dụng tối đa khi

sử dụng trong EMS

CHƯƠNG 4: MÔ HÌNH PHÂN ĐOẠN LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP VÀ TÍNH TOÁN KỲ VỌNG THIẾU HỤT ĐIỆN NĂNG

Khi tính toán kỳ vọng thiếu hụt điện năng cho các mô hình tiêu biểu của lưới điện

trung áp, giả thiết rằng:

- Đường dây chỉ đặt máy cắt ở đầu xuấttuyến, đầu các nhánh rẽ có đặt dao cách ly

- Bỏ qua xác suất hỏng hóc đồng thời tạihai hoặc nhiều điểm trong lưới điện

- Xác suất hỏng hóc và kỳ vọng thiếuhụt điện năng được tính theo trị số trung bìnhcủa các thông số sau:

+ Cường độ (hay tần suất) hỏng hóc: λ(lần/km/năm)

+ Thời gian tìm kiếm và cách ly phần tử

4.1 Mô hình I - đường dây một nguồn, không phân đoạn

4.2 Mô hình II - đường dây một nguồn, phân đoạn bằng dao cách ly (M phân đoạn)

4.3 Mô hình III: Đường dây hai nguồn, phân đoạn bằng dao cách ly (M phân đoạn)

4.4 Mô hình IV - đường dây một nguồn, phân đoạn bằng DAS (M phân đoạn)

4.5 Mô hình V - đường dây hai nguồn, phân đoạn bằng DAS (M phân đoạn)

CHƯƠNG 5: ÁP DỤNG DAS VÀO LƯỚI PHÂN PHỐI THÁI NGUYÊN

5.1 Hiện trạng lưới điện Thái Nguyên:

5.1.1 Tổng quan về lưới điện Thái Nguyên:Tỉnh Thái Nguyên được cấp điện từ 2 nguồn:

+ Nguồn điện mua từ Trung Quốc.+ Nguồn điện Việt Nam.

* Nguồn điện Việt Nam: Tỉnh TháiNguyên hiện tại được cấp điện từ:

-Thủy điện Thác Bà (công suất3x36MW) qua đường dây 110kV Thác Bà-Tuyên Quang-Thái Nguyên dài 90km, dâydẫn AC 185

-Nhà máy điện Cao Ngạn (công suất2x57,5MW) do Tập đoàn than-Khoáng sảnViệt Nam (TKV) làm chủ đầu tư Nhà máyvận hành năm 2006, được đấu vào thanh cái110kV- trạm 220kV Thái Nguyên, hòa vàolưới điện quốc gia

-Cấp điện từ trạm 220kV Sóc Sơn quađường dây 110kV Sóc Sơn – Gò Đầm

-Ngoài ra trên địa bàn còn có nhà máythủy điện Hồ Núi Cốc có công suất thiết kế3x630kW.

*Nguồn điện mua Trung Quốc: Côngsuất tối đa 200MW, trong vòng 10 năm (đến2017) truyền tải qua các đường dây 220kV,

sử dụng một mạch đường dây mạch kép dài205km, dây dẫn AC400 & AC2x330mm2 HàGiang – Tuyên Quang-Thái Nguyên và sửdụng một mạch đường dây mạch kép TuyênQuang-Bắc Kạn-Thái Nguyên dài 130km dâyphân pha AC2x330mm2 Các đường dây nàyđấu nối về trạm biến áp 220kV Thái Nguyên.Hiện tại phần lớn phụ tải Thái Nguyên đượccấp điện từ nguồn mua từ Trung Quốc, phần

pụ tải Thái Nguyên còn lại được cấp điện từ

nguồn Việt Nam Điện năng mua từ trungQuốc được cấp cho hầy hết các trạm 110kVThái Nguyên ( trừ trạm 110kV Gia Sàng) vàcấp ngược lên phía Bắc xho trạm Phú Lương

- Thái Nguyên-Sóc Sơn: dây phân pha

AC 2x330mm2

- Thái Nguyên-Bắc Giang: dây mạchđơn AC 400mm2

- Thái Nguyên-Sóc Sơn-Tuyên Quang:

dây phân pha AC 2x330mm2

- Thái Nguyên-Bắc Kan-Tuyên Quang:

mạch kép, dây phân pha AC 2x330mm2

này cấp điện cho các trạm 110kV Đán (E6.4),Gia Sàng (E6.1), Lưu Xá (E6.5), Gò Đầm(E6.3), Sông Công (E6.7) Hiện tại chỉ cótrạm Gia Sàng nhận điện Việt Nam, các trạmcòn lại đều nhận điện mua từ Trung Quốc

+ Lộ 173: Tuyên Quang- Thái Nguyên,mạch đơn, dây dẫn AC 185 dài 90km, trong

đó Phân xưởng 110kV Thái Nguyên quản lý48,1km

+ Lộ 174: Thái Nguyên - Bắc Kạn-CaoBằng, dây dẫn AC 185 dài 166km, trong đóPhân xưởng 110kV Thái Nguyên quản lý20,9km Lộ 174 cấp điện từ nguồn điện mua

từ Trung Quốc cho các trạm 110kV (PhúLương- E6.6) và 110kV Bắc Kạn

+ Lộ 177&178: Đường dây mạch kép

Thái Nguyên – Quang Sơn dây dẫn AC 185dài 17km Lộ 177&178 cấp điện từ nguồnđiện mua Trung Quốc cho trạm 110kV Ximăng Thái Nguyên

5.1.2.3 Lưới phân phối Thái Nguyên:

Lưới điện Thái Nguyên có cấu trúc rất

đa dạng: hình tia, xương cá, mạch vòng,…nhưng cấu trúc thông thường là cấu trúc mạchvòng vận hành hở Cấu trúc này được lựachọn vì so với các cấu trúc khác, nó có những

ưu điểm vượt trội sau:

- Vận hành đơn giản hơn

- Việc phục hồi lại kết cấu lưới sau sự cố

dễ dàng hơn

- Ít gặp khó khăn trong việc lập lịch cắt

điện cục bộ.

Lưới phân phối Thái Nguyên tồn tạinhiều cấp điện áp: 6kV, 10kV, 22kV, 35kVtrong đó lưới 6kV, 10kV, 35kV làm việc ởchế độ trung tính cách đất, riêng lưới 22kVlàm việc ở chế độ trung tính nối đất trực tiếpnên việc quản lý, vận hành gặp nhiều khókhăn

*Tổng chiều dài ĐZ trung thế là: 1804,563km

+Trạm biến áp: 35/10kV : 4T/7M; S =21.100 KVA

+Trạm biến áp: 35/6 KV : 12T/19M; S

= 90.800 KVA

+Trạm biến áp:35/0,4 KV =561T/579M; S = 144.730 KVA

b Lưới 22KV:

- Đường dây có 20 lộ chiều dài =529,434km.

- Trạm biến áp 6/0,4 KV : 87T/88M; S =37.656 KVA

136/480 lần.

Do khó khăn về vốn đầu tư, phụ tải điệnlại phát triển nhanh đồng thời việc quy hoạchlưới điện chưa tốt nên độ tin cậy cung cấpđiện của lưới không cao Do đó, việc nângcao chất lượng điện năng cũng như độ tin cậycung cấp điện hết sức cấp thiết và tự động hoálưới phân phối là giải pháp tất yếu Nghiêncứu, tính toán tự động hoá để nâng cao độ tincậy cung cấp điện lưới phân phối là bài toánđang được quan tâm hàng đầu

5.1.3 Các thiết bị đóng cắt trên lưới:

Thiết bị đóng cắt trên lưới điện TháiNguyên gồm:

- Máy cắt (CB)

- Dao cách ly (DS).

- Cầu dao phụ tải (LBS)

- Cầu chì tự rơi (FCO)

- Thiết bị tự động đóng lặp lại (Recloser).5.1.4 Hiện trạng bảo vệ rơle:

Lưới làm việc theo chế độ trung tính cách ly có các loại bảo vệ sau:

- Bảo vệ quá dòng cắt nhanh 50

- Bảo vệ quá dòng có thời gian 51

- Bảo vệ khoảng cách 21

- Bảo vệ thiếu điện áp 27 và quá điện áp 59

- Rơle tự đóng lại 79…

5.1.5 Các thiết bị tự động hoá trên lưới:

Các thiết bị tự động hoá trên lưới phân phốiThái Nguyên rất ít

Recloser đang dần được lắp đặt tại các

lộ đường dây có xác suất xảy ra sự cố thoángqua lớn Tuy nhiên số lượng này chưa nhiều

do chi phí đầu tư một bộ recloser cao

5.1.6 Các vấn đề cần giải quyết để tự động

hoá lưới Thái Nguyên:

Để tự động hoá cần chú ý một số điểm sau:

- Có thiết kế tổng thể cho toàn bộ hệ thống tự động hoá Thiết kế có thể chia quá trình phát triển tự động hoá làm nhiều giai đoạn để thực hiện nhưng các giai đoạn này phải liên kết chặt chẽ với nhau Với các ưu

điểm và tính năng vượt trội của DAS như đã phân tích ở trên, ta hoàn toàn có thể sử dụng DAS cho toàn bộ hệ thống lưới phân phối Nếu hạn chế về vốn đầu tư, ta có thể triển khai dần từng giai đoạn của DAS.

5.2 Áp dụng DAS vào lưới phân phối Thái Nguyên:

5.2.1 Hiệu quả khi áp dụng DAS:

a) Rút ngắn thời gian mất điện

b) Giảm kỳ vọng thiếu hụt điện năng

5.2.2 Đề xuất giải pháp DAS cho ĐZ trungthế thuộc lưới phân phối Thái Nguyên

* Tính toán hiệu quả giảm kỳ vọng thiếuhụt điện năng khi áp dụng DAS cho lộ 377trạm 220/110/35/22/kV Quán Triều

Lộ 377 E6.2 gồm 4 phân đoạn: Lắp 04 bộ

5.3 Nhận xét:

Trong trường hợp trên ta mới chỉ xét hiệu quả kinh tế trên phương diện giảm điện năng bị mất Khi áp dụng DAS còn mang lại một số hiệu quả kinh tế khác như: giảm chi phí vận hành, chi phí bảo dưỡng, nhân công Trên đây là ví dụ đơn giản giúp ta thấy được DAS thoả mãn được bài toán kinh tế -

kỹ thuật

PHẦN KẾT LUẬN

1 Ưu - nhược điểm của DAS:

Khi áp dụng DAS vào lưới phân phốiThái Nguyên sẽ mang lại những lợi ích lớnnhư: nhanh chóng khôi phục cung cấp điện,

giảm thời gian mất điện, giảm kỳ vọng thiếuhụt điện năng hay chính là nâng cao độ tincậy cung cấp điện.

Các thiết bị tự động hoá trên lưới điệnThái Nguyên rất ít và chưa được đầu tư sâuvào lĩnh vực tự động hoá nào nên việc ápdụng DAS sẽ rất thuận lợi

Với DAS, công tác quản lý kỹ thuật sẽsâu sát hơn, đạt hiệu quả cao hơn do giám sátchặt chẽ được các thông số của lưới từ đó đưa

ra những giải pháp vận hành tối ưu cho lưới

- Khi loại trừ điểm sự cố vẫn phải đóngcắt nhiều lần gây tác động không tốt đối vớicác thiết bị trên lưới đồng thời không phù hợpvới những khách hàng yêu cầu chất lượng

điện năng cao.

- Vốn đầu tư trong giai đoạn đầu cao

- Khi áp dụng DAS sẽ giảm bớt được sốlượng công nhân vận hành Đây là bài toánkhó cho những nhà quản lý

2 Hướng mở rộng của đề tài:

Lưới điện Thái Nguyên có tốc độ tăngtrưởng phụ tải khoảng 10% riêng 6 tháng đầunăm 2010 tốc độ này đạt 14% Khối lượngđường dây và trạm biến áp tăng lên nhanhchóng nhưng số lượng cán bộ nhân viênkhông nhiều đòi hỏi phải có sự giúp đỡ của kỹthuật, công nghệ hiện đại để đảm bảo chấtlượng điện năng và độ tin cậy cung cấp điệncao