Phân tích an toàn vận hành lưới điện truyền tải các tỉnh miền tây nam bộ

Đối với các Công ty Truyền tải, các thông tin vận hành, trào lưu công suất, khả năng tải trên các đường dây mang tính chất kết lưới hệ thống thường không nắm bắt kịp thời do đến thời điể

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

LÊ THÀNH NAM

PHÂN TÍCH AN TOÀN VẬN HÀNH LƯỚI ĐIỆN TRUYỀN

TẢI CÁC TỈNH MIỀN TÂY NAM BỘ

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

Mã số: 60 52 02 02

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học: GS.TS LÊ KIM HÙNG

Đà Nẵng - Năm 2015

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1.Lý do chọn đề tài 1

2.Mục tiêu nghiên cứu 2

3.Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

4.Phương pháp nghiên cứu 3

5.Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài 3

6.Cấu trúc luận văn 3

CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN TRUYỀN TẢI CÁC TỈNH MIỀN TÂY NAM BỘ 5

1.1GIỚI THIỆU CHUNG 5

1.2CẤU TRÚC LƯỚI ĐIỆN TRUYỀN TẢI CÁC TỈNH TÂY NAM BỘ 5

1.2.1 Bản đồ ranh giới quản lý vận hành các Công ty Truyền tải điện 7

1.2.2 Sơ đồ hiện hữu lưới điện truyền tải các tỉnh miền Tây Nam Bộ 8

1.2.3 Khối lượng đường dây và TBA các tỉnh miền Tây Nam Bộ 9

1.3QUI MÔ PHÁT TRIỂN LƯỚI ĐIỆN TRUYỀN TẢI CÁC TỈNH MIỀN TÂY NAM BỘ 9

1.4KẾT LUẬN CHƯƠNG 10

CHƯƠNG 2.QUY TRÌNH PHÂN TÍCH AN TOÀN VẬN HÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN DỰA TRÊN PHẦN MỀM POWER WORLD 12

2.1.GIỚI THIỆU CÁC QUY TRÌNH PHÂN TÍCH AN TOÀN VẬN HÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN 12

2.1.1 Ở chế độ vận hành bình thường: 12

2.1.2 Khi cắt phần tử đang vận hành trên một mạng điện: 13

2.2.SỬ DỤNG PHẦN MỀM POWER WORLD SIMULATOR TRONG PHÂN TÍCH AN TOÀN HỆ THỐNG ĐIỆN 13

2.2.1 Giới thiệu về phần mềm Power World Simulator: 13

2.2.2 Sử dụng phần mềm Power World Simulator để phân tích an toàn vận hành lưới điện truyền tải: 14

2.3.KẾT LUẬN CHƯƠNG 23

CHƯƠNG 3.PHÂN TÍCH AN TOÀN VẬN HÀNH LƯỚI ĐIỆN TRUYỀN TẢI CÁC TỈNH MIỀN TÂY NAM BỘ 25

3.1.CƠ SỞ TÍNH TOÁN 25

3.2.ĐẶC ĐIỂM CỦA LƯỚI ĐIỆN TRUYỀN TẢI CÁC TỈNH MIỀN TÂY NAM BỘ 26

3.2.1 Đường dây: 26

3.2.2 Trạm biến áp 26

3.2.3 Nhà máy nhiệt điện (NMNĐ) nối vào lưới điện truyền tải các tỉnh miền Tây Nam Bộ: 26

3.3.TÍNH TOÁN PHÂN TÍCH CÁC CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH LƯỚI ĐIỆN TRUYỀN TẢI CÁC TỈNH MIỀN TÂY NAM BỘ 28

3.3.1 Xét trong trường hợp tải MIN: 28

3.3.2 Xét trong trường hợp tải trung bình: 32

3.3.3 Xét trong trường hợp tải MAX: 38

3.4.KẾT LUẬN CHƯƠNG 43

CHƯƠNG 4.CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO AN TOÀN VẬN HÀNH

LƯỚI ĐIỆN TRUYỀN TẢI CÁC TỈNH MIỀN TÂY NAM BỘ 45

4.1.GIẢI PHÁP CẢI TẠO NÂNG CẤP LƯỚI ĐIỆN 45

4.1.1 Xét trường hợp cắt 1 phần tử ra khỏi lưới điện vận hành (N-1) trong chế độ vận hành tải MIN: 45

4.1.2 Xét trường hợp cắt 2 phần tử ra khỏi lưới điện vận hành (N-2) trong chế độ vận hành tải MIN: 48

4.1.3 Xét trường hợp cắt 1 phần tử ra khỏi lưới điện vận hành (N-1) trong chế độ vận hành tải MAX-Nhà máy điện phát MAX: 51

4.1.4 Xét trường hợp cắt 2 phần tử ra khỏi lưới điện vận hành (N-2) trong chế độ vận hành tải MAX-Nhà máy điện phát MAX: 53

4.1.5 Xét trường hợp cắt 1 phần tử ra khỏi lưới điện vận hành (N-1) trong chế độ vận hành tải trung bình 57

4.1.6 Xét trường hợp cắt 2 phần tử ra khỏi lưới điện vận hành (N-2) trong chế độ vận hành tải trung bình 59

4.2.GIẢI PHÁP BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG 62

4.3.GIẢI PHÁP CẢI TẠO LƯỚI ĐIỆN KẾT HỢP VỚI BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG 65

4.4.KẾT LUẬN CHƯƠNG 66

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 68

TÀI LIỆU THAM KHẢO 71

QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO)

PHỤ LỤC

Bảng 1.3 Số liệu các nhà máy nhiệt điện Phụ lục

Bảng 1.4 Các hạng mục TBA đưa vào vận hành giai đoạn

Hình 3.1 Sơ đồ kết nối hiện hữu lưới điện truyền tải miền Tây

Hình 3.2 Vận hành hệ thống khi cắt ĐZ NMĐ Cà Mau-Rạch giá phụ lục

Hình 3.3 Vận hành hệ thống khi cắt NMĐ Cà Mau phụ lục

Hình 3.4 Vận hành hệ thống khi cắt 1 MBA tại TC Bình Chánh phụ lục

Hình 3.5 Vận hành HTĐ khi cắt 2 ĐZ NMĐ Ô Môn-NMĐCà Mau phụ lục

Hình 3.6 Vận hành hệ thống khi cắt 2 ĐZ Thốt Nốt-Châu Đốc phụ lục

Hình 3.11 Vận hành hệ thống khi cắt NMĐ Duyên Hải phụ lục

Hình 3.12 Vận hành hệ thống khi cắt 2 ĐZ NMĐ Cà Mau-Cà Mau

và ĐZ NMĐ Cà Mau-Rạch Giá phụ lục

Hình 3.13 Vận hành hệ thống khi cắt 2 phần tử NMĐ Cà Mau và

đường dây NMĐ Cà Mau-NMĐ Ô Môn phụ lục

Hình 3.14 Vận hành hệ thống khi cắt 2 phần tử

NMĐ Cà Mau và NMĐ Duyên Hải phụ lục

Hình 3.15 Sơ đồ lưới điện truyền tải các tỉnh miền Tây Nam Bộ khi

Hình 3.18 Vận hành hệ thống khi cắt 1 phần tử NMĐ Duyên Hải phụ lục

Hình 3.19 Vận hành hệ thống khi cắt phần tử đường dây

NMĐ Cà Mau - Cà Mau và NMĐ Cà Mau-Rạch Giá phụ lục

Hình 4.6 Hệ thống vận hành sau khi khắc phục sự cố cắt đường

Hình 4.15 Hệ thống vận hành sau khi khắc phục sự cố cắt

Hình 4.16 Hệ thống vận hành trước khi bù công suất phản kháng 63 Hình 4.17 Hệ thống vận hành sau khi nâng bù công suất phản kháng 64

Hình 4.18 Sơ đồ lưới điện sau khi cải tạo đường dây và kết hợp với

500 kV và 2181,45 km đường dây 220 kV, 1779 km đường dây 110 kV, 18 trạm biến áp 220 kV, 93 trạm biến áp 110 kV, 06 nhà máy nhiệt điện, đảm bảo cung cấp điện an toàn tin cậy cho phụ tải lưới điện khu vực, trung chuyển một lượng lớn công suất giữa các quận huyện và cung cấp phần lớn phụ tải cho khu vực các tỉnh thành miền Tây Nam Bộ và cung cấp điện sang Campuchia Thời gian tới cùng với dự án nhà máy nhiệt điện Duyên Hải, còn

có nhiệm vụ giải tỏa một lượng lớn công suất từ nhà máy lên lưới truyền tải điện Quốc gia Vì vậy, lưới điện càng ngày càng phức tạp và lưới vận hành có nguy cơ gần ngưỡng mất an toàn

Đối với các Công ty Truyền tải, các thông tin vận hành, trào lưu công suất, khả năng tải trên các đường dây mang tính chất kết lưới hệ thống thường không nắm bắt kịp thời do đến thời điểm hiện tại chưa xây dựng hoàn thiện

mô hình phân tích cũng như khó khăn trong việc cập nhật thường xuyên các thông số vận hành đường dây, trạm biến áp, các nhà máy, trào lưu công suất trên mô hình phân tích

Thực tế vận hành cho thấy, những lúc thay đổi phương thức để sửa chữa hay trong trường hợp sự cố, thì xảy ra mất ổn định ở một số nút tải quan trọng (đặc biệt điện áp dao động lớn, vượt ra ngoài phạm vi cho phép), thậm chí có một số đường dây bị quá tải ở nơi này nhưng lại non tải ở nơi khác, làm cho

hệ thống vận hành không đảm bảo an toàn, gây tan rã cục bộ hoặc diện rộng

hệ thống, làm gián đoạn việc cung cấp điện

Vì những lí do trên, cần phải nghiên cứu, xem xét vấn đề an toàn vận hành cho hệ thống điện, cụ thể cho các tỉnh miền Tây Nam Bộ, và đó cũng

chính là mục tiêu để chọn đề tài

2 Mục tiêu nghiên cứu

Phân tích an toàn hệ thống điện là một trong những vấn đề quan trọng trong vận hành cung cấp điện Để đảm bảo hệ thống điện vận hành an toàn, việc phân tích các trường hợp sự cố có thể gây mất an toàn, để có biện pháp phòng tránh là cần thiết Mục tiêu của đề tài là đi sâu vào nghiên cứu cụ thể

cho lưới điện truyền tải các tỉnh miền Tây Nam Bộ Từ đó đề xuất các giải

pháp khắc phục nhằm nâng cao độ an toàn trong vận hành của hệ thống thuộc phạm vi nghiên cứu.Với ý tưởng phân tích an toàn các tình huống có thể xảy

ra khi vận hành một hệ thống điện, tên đề tài được chọn sẽ là: “Phân tích an

toàn vận hành lưới điện truyền tải các tỉnh miền Tây Nam Bộ”

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu:

Là lưới điện truyền tải các tỉnh miền Tây Nam Bộ Trên cơ sở sử dụng phần mềm POWER WORLD SIMULATOR cộng với các thông số lưới, tải của Trung tâm Điều độ hệ thống điện Miền Nam, Trung tâm vận hành lưới điện của Công ty Điện lực ở các tỉnh thành miền Tây Nam Bộ sẽ thực hiện việc phân tích an toàn cho hệ thống này

- Phạm vi nghiên cứu:

+ Đề tài sẽ nghiên cứu vấn đề điện áp, dòng, phân bố công suất, tổn thất công suất trên lưới điện truyền tải trong tất cả các tình huống vận hành, tập trung phân tích các trường hợp xấu nhất, dùng công cụ mô phỏng sơ đồ lưới điện tính toán bằng phần mềm POWER WORLD cộng với các thông số

3

lưới, tải của Trung tâm Điều độ hệ thống điện Quốc gia, Trung tâm Điều độ

hệ thống điện Miền Nam và Công ty Truyền tải điện 4-PTC4

+ Nghiên cứu đề xuất các giải pháp nâng cao vận hành an toàn, tối ưu về mặt kinh tế kỹ thuật cho hệ thống lưới điện truyền tải thuộc phạm vi của Công

ty Truyền tải điện 4

4 Phương pháp nghiên cứu

- Thu thập thông tin về lưới điện truyền tải miền Tây Nam Bộ

- Dùng phần mềm Power World Simulator để mô phỏng và phân tích các tình huống vận hành trong một sơ đồ lưới điện

- Lựa chọn tất cả các tình huống N-1 và N-2 trong sơ đồ lưới điện để

phân tích

- Đánh giá kết quả phân tích của tất cả các tình huống, dựa trên cơ sở giá trị các thông số U, P, Q tại các máy phát, tại nút trong hệ thống và công suất truyền tải trên đường dây

5 Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài

Tính toán và phân tích các chế độ vận hành của lưới điện, từ đó đưa ra các giải pháp phù hợp nhằm nâng cao vận hành an toàn, ổn định và tin cậy, đảm bảo khả năng cung cấp điện liên tục, đáp ứng nhu cầu sử dụng điện ngày càng cao của phụ tải hiện tại và trong tương lai

6 Cấu trúc luận văn

Với mục tiêu đề tài như trên, luận văn này được viết gồm có 4 chương ngoài phần mở đầu và kết luận, kiến nghị cụ thể như sau:

Mở đầu

Chương 1: Tổng quan về lưới điện truyền tải miền Tây Nam Bộ

Trình bày tổng quan và kế hoạch phát triển lưới điện của hệ thống lưới điện truyền tải các tỉnh miền Tây Nam Bộ đồng thời xem xét khả năng kết nối

hệ thống lưới điện truyền tải của các tỉnh miền Tây Nam Bộ

Chương 2: Quy trình phân tích an toàn vận hành hệ thống điện dựa trên phần mềm Power World Simulator

Trên cơ sở kết nối của lưới điện truyền tải các tỉnh miền Tây Nam Bộ sử dụng phần mềm Power World Simulator để phân tích

Chương 3: Phân tích an toàn vận hành lưới điện truyền tải các tỉnh miền Tây Nam Bộ

Sử dụng phần mềm Power World Simulator để phân tích các tình huống vận hành của hệ thống lưới điện truyền tải các tỉnh miền Tây Nam Bộ Phân

tích mọi trường hợp xảy ra sự cố (N-1) và (N-2) khi lưới điện đang vận hành Chương 4: Các giải pháp nâng cao an toàn vận hành lưới điện truyền tải các tỉnh miền Tây Nam Bộ

Khắc phục các sự cố vận hành của hệ thống lưới điện truyền tải các tỉnh miền Tây Nam Bộ, đồng thời đưa ra những giải pháp nhằm để nâng cao độ tin cậy trong vận hành của hệ thống điện khi xảy ra sự cố

Kết luận và kiến nghị

Tài liệu tham khảo

Phụ lục

5

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN TRUYỀN TẢI CÁC TỈNH

MIỀN TÂY NAM BỘ

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG

Công ty Truyền tải điện 4 được giao quản lý vận hành lưới điện truyền tải trên các tỉnh miền Tây Nam Bộ: Long An, Tiền Giang, Bến Tre, Trà Vinh, Sóc Trăng, Bạc Liêu, Cần Thơ, Hậu Giang, Đồng Tháp, Kiên Giang, Cà Mau, Rạch Giá, Vĩnh Long Cung cấp điện cho các phụ tải thông qua lưới điện phân phối 110 kV của Tổng Công ty Điện lực Miền Nam Luân chuyển công suất từ các nhà máy nhiệt điện Ô Môn, Cà Mau 1, Cà Mau 2, Cần Thơ, Duyên Hải 1, Bình Thủy, Nhơn Trạch với công suất khoảng 2965 MW

Hiện nay, việc cải tạo nâng cấp, xây dựng mới nhiều tuyến đường dây, nhà máy nhiệt điện đang được tiến hành gấp rút nhằm đáp ứng nhu cầu phụ tải đang tăng nhanh với yêu cầu chất lượng điện năng ngày càng cao Ngoài việc cung cấp điện cho phụ tải trong khu vực, luân chuyển công suất của các nhà máy nhiệt điện, Công ty Truyền tải điện 4 còn làm nhiệm vụ trung chuyển một lượng lớn công suất 220 kV qua tuyến đường dây từ nhà máy nhiệt điện Duyên Hải

1.2 CẤU TRÚC LƯỚI ĐIỆN TRUYỀN TẢI CÁC TỈNH TÂY NAM BỘ

Các tỉnh miền Tây Nam Bộ đang vận hành các ĐZ & TBA như sau: Tổng chiều dài đường dây 500 kV: 148 km

Tổng chiều dài đường dây 220 kV mạch đơn: 465,369km

Tổng chiều dài đường dây 220 kV mạch kép: 797,420 km

Tổng số TBA 500/220 kV: 04 trạm; TBA 220 kV: 18 trạm; TBA 110 kV: 93 trạm

Tổng dung lượng MBA 500 kV: 2x900 MVA

Tổng dung lượng MBA 220 kV: 6600 MVA

Tổng dung lượng MBA 110 kV: 3873 MVA

Tổng dung lượng tụ bù dọc tại TBA 500 kV Phú Lâm: 2x50 MVAr Tổng dung lượng tụ bù ngang tại TBA 110 kV: Cây Lậy 50 MVAr, Thốt Nốt 50 MVAr, Phú Quốc 42MVAr, Kiên Lương 12 MVAr, Cà Mau 15MVAr, Rạch Giá 2x50 MVAr, Sóc Trăng 30 MVAr, Trà Vinh 10 MVAr

Trong đó

Phần Trạm:

Tho, Bến Tre, Vĩnh Long 2, Trà Vinh, Trà Nóc, Ô Môn, Thốt Nốt, Cao Lãnh, Châu Đốc, Kiên Bình, Cà Mau 2, Bạc Liêu 2, Sóc Trăng, Rạch Giá

Phần Đường dây:

NMĐ Ô Môn-Rạch Giá; Thốt Nốt-Cao Lãnh, Châu Đốc-Kiên Bình, Kiên Bình-Rạch Giá, NMĐ Cà Mau-Sóc Trăng, NMĐ Ô môn-Sóc Trăng, NMĐ Cà Mau-Cà mau, Rạch Giá-NMĐ Cà Mau

Phú Lâm-Bình Chánh, Long An-Cây Lậy, Cây Lậy-Vĩnh Long 2, Vĩnh Long 2-Trà Vinh, NMĐ Duyên Hải 1-Trà Vinh, NMĐ Ô Môn-Trà Nóc, NMĐ Ô Môn-Thốt Nốt, Thốt Nốt-Châu Đốc, NMĐ Ô Môn-NMĐ Cà Mau, Châu Đốc -Tà Kheo (Campuchia), Mỹ Tho-Bến Tre, NMĐ Duyên Hải-Mỏ Cày (dự kiến), NMĐ Cà Mau-Bạc Liêu

7

nhiệt điện Ô Môn (2x330)MW, nhà máy nhiệt điện Cà Mau 1(3x250) MW

Cà Mau 2 (3x250)MW, nhà máy nhiệt điện Duyên Hải 732MVA), nhà máy nhiệt điện Cần Thơ (4x37,5 MW-4x50MVA), nhà máy nhiệt điện Bình Thủy (33 MW)

1(622.5MW-Hệ thống điện (HTĐ) Việt Nam nói chung và lưới điện thuộc Công ty Truyền tải điện 4 đang đứng trước những thách thức lớn về yêu cầu đảm bảo

độ tin cậy việc cung cấp điện

1.2.1 Bản đồ ranh giới quản lý vận hành các Công ty Truyền tải điện

Xem bản đồ ở (Hình 1.1)

Area division of PovverTransmission Companies (PTC)

Hình 1.1-Sơ đồ địa bàn quản lý lưới điện của các Công ty Truyền tải điện

1.2.2 Sơ đồ hiện hữu lưới điện truyền tải các tỉnh miền Tây Nam Bộ

Xem sơ đồ ở (Hình 1.2)

Hình 1.2-Lưới điện truyền tải hiện hữu khu vực các tỉnh miền Tây Nam Bộ

Trên lưới điện truyền tải toàn khu vực miền Tây Nam Bộ năm 2015, do lưới điện chưa đảm bảo dự phòng nên vẫn xảy ra tình trạng quá tải đường dây

và TBA Theo thống kê thì phải có một số đường dây và TBA hiện đang vận hành trong điều kiện quá tải ở một số khu vực Chất lượng điện áp ở một số điểm nằm ngoài giới hạn cho phép ảnh hưởng đến chất lượng điện năng cũng như vận hành hệ thống Năm 2015 trên lưới điện PTC4 cũng đã xảy ra nhiều

sự cố gây gián đoạn cung cấp điện nhất là trong mùa mưa bão Bên cạnh đó

sự phân bố tải ở các tỉnh thành trong khu vực miền Tây Nam Bộ cũng không đồng đều, có nơi phụ tải rất cao và có nơi phụ tải rất thấp

kép 220 kV;1779 km đường dây 110 kV cụ thể như sau (xem số liệu bảng1.1)

+ Trạm biến áp:

Hiện nay, lưới điện truyền tải các tỉnh Miền Tây Nam Bộ đang vận

hành 02 TBA 500 kV, 18 TBA 220 kV và 93 TBA 110 kV, cụ thể như sau (xem số liệu bảng 1.2 )

+ Các nhà máy nhiệt điện nối vào lưới điện truyền tải các tỉnh miền Tây Nam Bộ:

Hiện các nhà máy điện cung cấp nguồn chủ yếu cho lưới điện khu vực miền Tây Nam Bộ là nhà máy Nhiệt điện Cà Mau, nhà máy Nhiệt điện Ô

Môn, Nhiệt điện Cần Thơ và Nhiệt điện Duyên Hải cụ thể như sau (Xem số liệu bảng 1.3 )

1.3 QUI MÔ PHÁT TRIỂN LƯỚI ĐIỆN TRUYỀN TẢI CÁC TỈNH MIỀN TÂY NAM BỘ

Với định hướng quy hoạch, phát triển lưới điện truyền tải và phân phối đảm bảo nhu cầu phát triển kinh tế-xã hội của khu vực, cung cấp điện đảm bảo chất lượng và độ tin cậy ngày càng được nâng cao Phát triển lưới điện truyền tải đồng bộ với các trung tâm nguồn điện trong khu vực, đảm bảo truyền tải an toàn, nâng cao độ tin cậy và hiệu quả vận hành của hệ thống

điện, phù hợp với chiến lược phát triển của ngành điện, quy hoạch phát triển của vùng và các địa phương trong vùng

Quy hoạch cũng tính đến vùng miền Tây Nam Bộ (Đồng Bằng Sông Cửu Long) có tiềm năng tốt để xây dựng trung tâm nguồn điện Về phát triển lưới điện truyền tải 500-220 kV toàn khu vực miền Tây Nam Bộ đến năm

2020 như sau:(Bảng 1.4 )

+ Lưới điện 500 kV: xây dựng mới và cải tạo nâng công suất dung lượng

trạm biến áp đạt 5.550 MVA và 851 km đường dây 500 kV

+ Lưới điện 220 kV: khối lượng lưới điện xây mới và cải tạo đến năm 2020

tăng thêm 7.500 MVA công suất trạm biến áp là 1.366 km đường dây 220 kV

+ Lưới điện 110 kV: khối lượng lưới điện xây mới và cải tạo sẽ tăng

thêm đến năm 2020 là 8.361 MVA công suất trạm biến áp và 2.874 km đường dây 110 kV Vào lúc 17h00 ngày 24/05/2015 Tổng Công ty Truyền tải điện Quốc gia (EVNNPT) đã phối hợp với các tổ chức đơn vị liên quan đóng điệnđưa vào vận hành MBA AT2 500kV-900MVA , tại trạm biến áp 500 kV Ô Môn thay thế MBA-AT2 hiện hữu 500kV-450MVA bằng máy biến áp 500kV-900MVA (Nâng công suất TBA 500 kV Ô Môn từ 1.050 MVA lên 1.500MVA) để đảm bảo cung cấp điện an toàn, liên tục nhu cầu phụ tải cho khu vực tây Sông Hậu cũng như tăng hiệu quả vận hành của hệ thống điện

1.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG

Trong chương 1 giới thiệu tổng quan về qui mô quản lý vận hành lưới điện truyền tải các tỉnh miền Tây Nam Bộ, ranh giới địa bàn quản lý vận hành lưới điện, mặt bằng lưới điện quản lý Qui mô quản lý về đường dây và TBA hiện tại và kế hoạch phát triển lưới điện trong tương lai đến năm 2020 Hệ thống lưới điện Việt Nam nói chung và lưới điện truyền tải điện 4 nói riêng đang phát triển nhanh chóng và đang đứng trước khó khăn, thách thức rất lớn trong việc đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện Đối với lưới điện của PTC4

11

quản lý vận hành cũng thường xuyên xảy ra sự cố do thiên tai, thiết bị vận hành lâu năm chất lượng suy giảm gây gián đoạn cung cấp điện cũng như ảnh hưởng tính ổn định của toàn hệ thống Nhìn chung hiện tại kết cấu của lưới điện truyền tải miền Tây Nam Bộ cũng chưa đáp ứng được tiêu chí sự cố N-1, nếu một số đường dây trọng yếu mang tải lớn chắc chắn phải áp dụng biện pháp sa thải phụ tải hay cải thiện lại hệ thống đường dây mới có thể giữ

ổn định hệ thống và tránh nguy cơ rã lưới Từ đó, ta nhận thấy lưới điện truyền tải miền Tây Nam Bộ cần được xem xét và phân tích

Trong sơ đồ lưới điện truyền tải mà tác giả sẽ phân tích an toàn trong chương 3 sẽ tập trung vào sơ đồ lưới điện mô phỏng gồm các đoạn đường dây

220 kV; các trạm biến áp 220 kV; và các nhà máy nhiệt điện nối vào lưới điện

do Công ty Truyền tải điện 4-PTC4 quản lý vận hành

Với qui mô phát triển lưới điện ngày càng lớn, lưới điện Công ty Truyền tải điện 4 quản lý vận hành đóng một vai trò rất quan trọng trong sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, thúc đẩy phát triển kinh tế, xã hội, an ninh quốc phòng của khu vực miền Tây Nam Bộ nói riêng và cả nước nói chung trong tình hình kinh tế hiện nay

CHƯƠNG 2

2.1 GIỚI THIỆU CÁC QUY TRÌNH PHÂN TÍCH AN TOÀN VẬN HÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN

Để phân tích an toàn vận hành của hệ thống điện (contingency analysis) ta nghiên cứu phân tích, so sánh các giá trị về điện áp, dòng, phân

bố công suất trên lưới điện truyền tải trong các chế độ vận hành khác nhau Quá trình khảo sát, phân tích này sẽ được mô phỏng và tính toán sử dụng phần mềm Power World

2.1.1 Ở chế độ vận hành bình thường:

Khi hệ thống vận hành ở chế độ bình thường, ta tiến hành khảo sát các giá trị điện áp tại các nút ở các nhà máy điện và ở các trạm biến áp Khảo sát dòng công suất cấp từ các nhà máy điện đến các phụ tải, các giá trị dòng điện trên máy phát tại các nhà máy

- Khi thay đổi công suất tải:

Khi hệ thống vận hành, ta tiến hành thay đổi các giá trị P, Q lần lượt tại các phụ tải Sau đó, ta tiến hành khảo sát và phân tích các giá trị điện

áp thay đổi tại các nút, các giá trị dòng điện thay đổi trên các máy phát tại các nhà máy luồng công suất truyền tải và tỷ lệ phần trăm mang tải trên các đường dây

- Khi thay đổi công suất của máy phát:

Tương tự như khi thay đổi công suất tải, ta tiến hành thay đổi công suất P, Q của các máy phát tại các nhà máy điện Khảo sát các giá trị điện áp, công suất truyền tải trên đường dây, sự thay đổi công suất giữa các nhà máy

13

- Khi thay đổi điện áp đầu cực máy phát:

Ta tiến hành thay đổi điện áp đầu cực tại các máy phát thành giá trị mong muốn, khảo sát sự thay đổi các giá trị điện áp tại các nút

2.1.2 Khi cắt phần tử đang vận hành trên một mạng điện:

Hệ thống đang vận hành bình thường, khi mô phỏng ta tiến hành cắt một (trường hợp N-1), hai phần tử (trường hợp N-2) đang vận hành ra khỏi hệ thống Các phần tử cắt ra sẽ là máy phát, đường dây, phụ tải Khi cắt các phần tử ra, ta tiến hành khảo sát sự thay đổi điện áp, dòng điện, phân bố công suất trên đường dây cũng như khả năng tải của đường dây để đánh giá khả năng an toàn vận hành của hệ thống

2.2 SỬ DỤNG PHẦN MỀM POWER WORLD SIMULATOR TRONG PHÂN TÍCH AN TOÀN HỆ THỐNG ĐIỆN

2.2.1 Giới thiệu về phần mềm Power World Simulator:

Power World Simulator (PW) là một phần mềm chuyên nghiệp của Hoa

Kỳ dùng để mô phỏng phân tích hệ thống điện, rất thân thiện và có tính tương tác cao PW rất mạnh trong các phân tích kỹ thuật, đồng thời được thể hiện qua môi trường đồ họa dễ dàng cho việc giải thích các chế độ vận hành của hệ thống điện

Power World bao gồm một số sản phẩm tích hợp Lõi của nó là chương trình giải tích chế độ xác lập (Power Flow Solution engine), có khả năng xử lý hiệu quả một hệ thống lên tới 100.000 nút Điều này làm cho PW thực sự rất

dễ dùng như một gói phần mềm tính toán chế độ độc lập

Các mô hình hệ thống hoặc được thay đổi trên bảng thông số hoặc được thay đổi từ các biểu tượng đồ họa Đường dây truyền tải có thể được ngắt ra

khỏi hệ thống, hoặc thêm vào các đường dây hoặc máy phát mới, một cách

đơn giản Việc sử dụng đồ họa của PW đã khiến cho việc hiểu các đặc tính,

các sự cố và thử nghiệm hệ thống trở nên đơn giản hơn rất nhiều

2.2.2 Sử dụng phần mềm Power World Simulator để phân tích an toàn vận hành lưới điện truyền tải:

Giả sử ta có một lưới truyền tải gồm có 7 nút và 9 đường dây

Sau khi đã thiết lập hết phần tử cùng các thông số lưới điện ta bấm “Run Mode’’ trên thanh Toolbar, chọn Tools, sau đó bấm nút “Play’’, nút màu

xanh Ví dụ như ta đã thiết lập được một phương thức vận hành (case) như

(Hình 2.1)

Hình 2.1-Thiết lập sơ đồ lưới điện và chạy chương trình

a Thay đổi công suất tải:

Muốn thay đổi công suất tải (ví dụ như ở nút “BUS 4’’) ta làm như sau:

15

Click phải vào tải đó, sau khi hộp thoại hiện ra, ta thay đổi các giá trị

“MW Value’’ hay “MVar Value’’ tương ứng với công suất tác dụng và phản kháng của hệ thống lưới điện, sau đó chọn OK

Khi thực hiện thao tác trên lúc này ta có giao diện thực đơn được xuất hiện như

Load options: gọi là giao diện chức năng tải (Hình 2.2)

Hình 2.2-Thay đổi giá trị công suất tải

Thay đổi giá trị “ Delta per Mouse Click ”(mặc định là không), giá

trị này thể hiện việc tăng hay giảm đi một lượng như thế ứng với mỗi lần Click chuột ta sẽ tăng hay giảm công suất tác dụng hay phản kháng, mỗi bước

tăng hay giảm công suất tải là 5.0 MW Sau đó nhấn OK (Hình 2.3)

Hình 2.3-Thay đổi giá trị bước công suất tải

b Thay đổi công suất phát của máy phát:

Tương tự như phụ tải ta cũng có 2 cách thay đổi công suất phát của máy phát

Cách 1: Click chuột phải, hoặc click đôi chuột vào máy phát cần thay đổi, chọn “ Information Dialog ” một hộp thoại giống như khi ta đặt

thông số cho máy phát hiện ra, sau đó thay đổi các giá trị mong muốn

Cách 2: Click chuột phải vào giá trị của P phát hay Q phát của máy

phát đang hiển thị Tương tự như tải, ta cũng được một hộp thoại, và thay đổi

giá trị “ Delta per Mouse Click ”.(Hình 2.4)

c Thay đổi điện áp đầu cực máy phát:

Để thay đổi điện áp đầu cực máy phát ta Click phải vào máy phát cần

thay đổi, sau đó chọn “ Information Dialog ”, khi hộp thoại hiện ra ta

thay đổi giá trị “ Desired Reg Bus Voltage ” thành giá trị mà ta mong muốn, sau đó bấm OK Quay lại ví dụ trước, các máy phát đều đang có

điện áp đầu cực là 1.05pu, bây giờ ta giảm về 1pu đối với tất cả máy phát Khi

17

hộp thoại hiện ra, sau khi thay đổi máy phát đầu tiên, ta bấm “ Save ”, rồi

bấm nút lên để thiết đặt cho máy phát khác.(Hình 2.5)

Hình 2.4-Thay đổi giá trị công suất máy phát

Hình 2.5-Thay đổi điện áp đầu cực máy phát

d Cắt một phần tử đang hoạt động trên một mạng điện:

Tất cả các phần tử trong một mạng điện đều có thể dễ dàng cắt ra khỏi

hệ thống bằng một máy cắt, chỉ trừ máy phát tại “ System Slack Bus ” Cách

cắt các phần tử cũng được thực hiện bằng hai cách:

Cách 1: Click phải chuột vào phần tử đó, chọn “ Information ”, tại

Status chọn “Open”, ví dụ như máy phát ở nút BUS 6 chẳng hạn (Hình 2.6)

Cách 2: Click chuột trái vào máy cắt nối phần tử đó với hệ thống

Hình 2.6-Cắt một phần tử ra khỏi hệ thống

e Tính toán ngắn mạch:

Có hai cách để tính toán ngắn mạch:

Cách 1: Bấm vào nút “ Fault ” trên thanh Toolbar

Cách 2: Click chuột phải vào thanh cái cần tính ngắn mạch ta chọn “

Fault ”, sau đó ta chọn hộp thoại như sau (Hình 2.7)

Chọn các thanh cái, sau đó chọn loại ngắn mạch rồi bấm nút

“Calculate’’ Dòng ngắn mạch trong khung “ Fautl current ”, với biên độ là

“Magnitude ”(p.u)

19

Hình 2.7-Lựa chọn loại ngắn mạch trong hệ thống điện

và góc pha là “ Angel ”, (độ) Các giá trị khác thể hiện ở bảng theo thứ tự:

Bus: Điện áp các thanh cái khi xảy ra ngắn mạch

Line: Dòng pha trên các đường dây khi xảy ra ngắn mạch

Generator: Dòng pha trên các máy phát khi xảy ra ngắn mạch

Load: Dòng pha trên các phụ tải khi xảy ra ngắn mạch

Switched Shunts: Dòng pha trên các tụ bù khi xảy ra ngắn mạch

Để thấy được dòng điện khi ngắn mạch chạy trên đường dây, ta nhấn vào

mũi tên cạnh nút “ fault”, sau đó chọn chế độ hiển thị

f Phân tích an toàn các tình huống trong vận hành:

Hình 2.8-Phân tích các tình huống trong sơ đồ lưới điện

Đầu tiên chạy Run Mode-Click vào biểu tượng Play hay vào Simulation chọn Solve and Animate sau đó ta Click vào Tools >

Contingency Analysis Ta có hộp thoại hiện ra như (Hình 2.9)

Hình 2.9-Hộp thoại giao diện phân tích các tình huống

Nhấn phím phải chuột như biểu tượng trên (Label-None), sau đó chọn Insert Special-Quick Insert of Single Element Contingency Khi đó hộp thoại

hiện ra như sau:(Hình 2.10 và 2.10a)

Hình 2.10-Chọn phần tử đường dây trong sơ đồ lưới điện

21

Hình 2.10a-Chọn phần tử đường dây trong sơ đồ lưới điện

- Tiếp tục lựa chọn: Tools > Contingency Analysis > Auto Insert

Contingencies, bảng hộp thoại hiện ra như sau (Hình 2.11):

Hình 2.11-Xác nhận phần tử lựa chọn trong sơ đồ lưới điện

- Chọn Single transmission line of transformer, sau đó Click vào Do Insert Contingencies để xác nhận các giá trị và các tình huống phân tích trên

đường dây hoặc MBA Click OK.(Hình 2.12)

Hình 2.12-Xác nhận phần tử lựa chọn MBA

- Chọn Single generating unit, sau đó Click vào Do Insert Contingencies để xác nhận các giá trị và các tình huống phân tích của các máy phát Click OK

- Chọn Combination of , Click vào transmission line outages chọn 1, Click vào generating unit outages chọn 1 Chọn Do Insert Contingencies

để xác nhận các tình huống phân tích Click OK

- Cuối cùng Click vào nút Start Run ở góc phải bảng hộp thoại ta sẽ có

kết quả phân tích lưới điện.(Hình 2.13)

Trong chương này, tác giả giới thiệu chi tiết cách sử dụng phần mềm PW trong các tình huống phân tích an toàn vận hành lưới điện Từng trường hợp

cụ thể như cách thay đổi công suất phụ tải, thay đổi điện áp đầu cực máy phát, tính ngắn mạch, cắt phần tử đường dây, cắt phần tử máy phát ra khỏi hệ

thống Trong mỗi trường hợp, PW sẽ chạy chương trình, hiển thị các thông số giá trị U, P, Q trên sơ đồ và cho kết quả tính toán Từ kết quả tính toán thu được, ta có các giá trị về điện áp, dòng điện, sự phân bố công suất cũng như khả năng tải của đường dây, từ đó phân tích đánh giá tính an toàn trong vận hành của hệ thống điện

Trên cơ sở trạng thái vận hành đã được thiết lập, trong chương 3 sẽ tiến hành tính toán, phân tích các chế độ vận hành của lưới điện Truyền tải miền Tây Nam Bộ thông qua các trường hợp sự cố N-1và N-2 sự cố trên lưới điện truyền tải miền Tây Nam Bộ, qua đó để đánh giá độ tin cậy vận hành của hệ thống điện

25

CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH AN TOÀN VẬN HÀNH LƯỚI ĐIỆN TRUYỀN

TẢI CÁC TỈNH MIỀN TÂY NAM BỘ

3.1 CƠ SỞ TÍNH TOÁN

Từ phương pháp phân tích an toàn đã trình bày trong chương 2, dựa trên phần mềm Power World Simulator ta sẽ thiết lập sơ đồ và phân tích lưới điện truyền tải các tỉnh miền Tây Nam Bộ Trong quy trình phân tích an toàn trên,

ta tập trung phân tích 3 trường hợp chính: đó là khi phụ tải MIN, phụ tải trung bình và phụ tải MAX Từ đó tìm ra những trường hợp, những tình huống gây mất an toàn trong vận hành của lưới điện Để có cơ sở đề xuất các giải pháp nâng cao độ tin cậy cho HTĐ, cần có những tính toán phân tích các chế độ vận hành của HTĐ Trên cơ sở mô phỏng lưới điện PTC4 trong chương 1, tiến hành tính toán, phân tích các chế độ vận hành để đánh giá khả năng làm việc an toàn của HTĐ Ta tập trung phân tích hai chế độ chính: đó là chế độ cắt một phần tử ra khỏi vận hành của HTĐ (N-1) và chế độ cắt hai phần tử ra khỏi vận hành (N-2) Từ đó tìm ra những tình huống gây mất an toàn trong vận hành của lưới điện

Các tình huống gây mất an toàn lưới điện gồm:

- Cắt một phần tử ra khỏi hệ thống (N-1) có hai trường hợp:

+ Cắt một đường dây ra khỏi lưới điện đang vận hành

+ Cắt một máy phát ra khỏi lưới điện đang vận hành

- Cắt hai phần tử ra khỏi hệ thống (N-2) có ba trường hợp:

+ Cắt hai đường dây ra khỏi lưới điện đang vận hành

+ Cắt một đường dây và một NMĐ ra khỏi vận hành

+ Cắt cả hai nhà máy điện ra khỏi vận hành

3.2 ĐẶC ĐIỂM CỦA LƯỚI ĐIỆN TRUYỀN TẢI CÁC TỈNH MIỀN

TÂY NAM BỘ

Lưới điện truyền tải các tỉnh miền Tây Nam Bộ trực thuộc Công ty Truyền tải điện 4-PTC4 quản lý vận hành Tính tới thời điểm 2015 có những đặc điểm như sau:

3.2.1 Đường dây:

Có một cung đoạn đường dây 500 kV, 07 đường dây mạch đơn 220 kV,

16 đường dây mạch kép 220 kV cụ thể (xem số liệu bảng 1.1)

Hiện nay, có một số cung đoạn đường dây chưa được phân chia ranh giới quản lý như: ĐZ 220 kV Nhơn Trạch - Phú Mỹ Ngoài ra, việc cung cấp điện sang Campuchia như: ĐZ 220 kV Châu Đốc-Tà Kheo các trường hợp gây mất liên kết hệ thống khi phân tích các chế độ vận hành, tác giả không xét các đường dây này

3.2.2 Trạm biến áp

Hiện nay, Công ty Truyền tải điện 4 đang quản lý vận hành 02 TBA 500

kV và 18 TBA 220 kV cụ thể (xem số liệu bảng 1.2)

3.2.3 Nhà máy nhiệt điện (NMNĐ) nối vào lưới điện truyền tải các tỉnh miền Tây Nam Bộ:

Hiện có 06 NMNĐ đấu nối vào lưới điện Công ty Truyền tải điện 4 cụ

thể như sau (xem số liệu bảng 1.3)

3.2.4 Sơ đồ lưới điện truyền tải các tỉnh Miền Tây Nam Bộ mô phỏng trên phần mềm Power World Simulator:

Các phần tử trên hệ thống điện được thiết lập trong Power World như sau:

- Đối với máy phát NMNĐ: được mô phỏng bằng biểu tượng thanh cái

nối với máy phát điện, thiết lập các giá trị điện áp, công suất phát Các nhà máy hoạt động gồm nhiều tổ máy được phát với công suất khác nhau, trên phần mềm Power World tác giả qui đổi về một NMĐ duy nhất

27

- Đối với các đường dây: được mô phỏng trên Power World Simulator

bằng đường nối từ thanh cái nút này đến thanh cái nút kia Trên biểu tượng đường dây được thiết lập hiển thị giá trị công suất (P) và phần trăm lượng công suất truyền tải (S) trên ĐZ (% MVA) Ta có sơ đồ hiện hữu lưới điện

truyền tải miền Tây Nam Bộ.(Xem hình 3.1)

Hình 3.1-Sơ đồ kết nối hiện hữu lưới điện truyền tải miền Tây Nam Bộ

- Máy cắt 2 đầu đường dây: được mô phỏng bằng biểu tượng hình

vuông màu đỏ ở 2 đầu đường dây

- Máy biến áp: được mô phỏng bằng một vòng tròn có biểu tượng máy

cắt hai đầu Các máy biến áp chọn ở chế độ điều tải không tự động.Ta chọn

chức năng Non automatic

- Tụ bù: được mô phỏng bằng biểu tượng bằng một gạch đứng và hai

gạch ngang, đặt giá trị dung lượng bù ban đầu như phụ lục kèm theo

- Phụ tải: được thiết lập có máy cắt và các giá trị công suất tải

Do lưới điện truyền tải các tỉnh miền Tây Nam Bộ có nối vào lưới điện

500 kV Bắc - Nam nên khi phân tích an toàn, ta đẳng trị về nút 500 kV Phú

Lâm và xem hệ thống nối vào là một máy phát ảo (nút tại trạm 500 kV Phú Lâm là nút cân bằng) Sau khi thiết lập các phần tử, ta có sơ đồ lưới điện

Truyền tải các tỉnh miền Tây Nam Bộ

3.3 TÍNH TOÁN PHÂN TÍCH CÁC CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH LƯỚI ĐIỆN TRUYỀN TẢI CÁC TỈNH MIỀN TÂY NAM BỘ

3.3.1 Xét trong trường hợp tải MIN:

Ở từng khu vực của hệ thống lưới điện Trong thời điểm này ta xem như

hệ thống đang vận hành ổn định để làm cơ sở cho việc phân tích

Tại thời điểm này công suất phụ tải không vượt quá 50% công suất MBA

a Chế độ cắt một phần tử (N-1) ra khỏi hệ thống điện

- Trường hợp cắt một đường dây ra khỏi vận hành

a-1 Các tình huống phân tích

Khi ta tiến hành cắt một phần tử đường dây ra khỏi hệ thống, sau khi lựa chọn các phương án, chạy chương trình ta có kết quả phân tích các tình huống như sau:

a-2 Kết quả phân tích

- Khi ta cắt ĐZ từ NMĐ Cà Mau-Rạch Giá ra khỏi hệ thống ta nhận thấy rằng:

- Đường dây từ NMĐ Ô Môn-Rạch Giá vận hành quá tải 102%

- Đường dây từ NMĐ Ô Môn-Sóc Trăng vận hành quá tải 111%

- Điện áp trên các thanh cái thay đổi, dao động trong điều kiện vận hành cho phép

- Hai NMNĐ Ô Môn và NMNĐ Duyên Hải vận hành với công suất

thấp.(phụ lục hình 3.2)

29

a-3 Nhận xét:

Trường hợp vận hành bình thường, khi cắt một ĐZ ra khỏi vận hành, nhận thấy rằng: điện áp tại các thanh cái gần như không thay đổi, đa số các trường hợp khi cắt một đường dây hệ thống vận hành không an toàn, trường hợp khi cắt đường dây NMĐ Cà Mau-Rạch Giá lưới điện vận hành không an toàn do các mạch đường dây còn lại bị quá tải

- Trường hợp cắt một nhà máy điện ra khỏi vận hành:

Khi ta cắt NMĐ Cà Mau ra khỏi hệ thống , lúc này đường dây từ NMĐ

Ô Môn-Rạch Giá vận hành trong điều kiện quá tải 114%.(phụ lục hình 3.3)

b-3 Nhận xét:

Trường hợp vận hành bình thường, khi cắt một nhà máy điện ra khỏi vận hành, nhận thấy rằng: điện áp tại các thanh cái gần như không thay đổi, khi cắt một nhà máy điện ra khỏi vận hành thì đường dây từ NMĐ Ô Môn-Rạch giá quá tải 114% lưới điện vận hành không an toàn

- Trường hợp cắt một MBA ra khỏi vận hành:

c-1 Các tình huống phân tích

Khi ta cắt một MBA tại thanh cái Bình Chánh, MBA còn lại vận

hành trong điều kiện quá tải 126%.(phụ lục hình 3.4)

c-2 Nhận xét