Nghiên cứu chuẩn hóa các thiết bị bảo vệ và tự động hóa lưới phân phối

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI --- NGUYỄN THỊ ANH NGHIÊN CỨU CHUẨN HOÁ CÁC THIẾT BỊ BẢO VỆ VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ LƯỚI PHÂN PHỐI LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH: MẠNG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

NGUYỄN THỊ ANH

NGHIÊN CỨU CHUẨN HOÁ CÁC THIẾT BỊ BẢO VỆ VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ

LƯỚI PHÂN PHỐI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH: MẠNG VÀ HỆ THỐNG ĐIỆN

Người hướng dẫn khoa học: GS.VS.TSKH TRẦN ĐÌNH LONG

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình của riêng tôi Các số liệu, kết quả trong luận văn là trung thực

Tác giả

Nguyễn Thị Anh

1.1 VAITRÒCỦALƯỚIPHÂNPHỐITRONGHỆTHỐNGĐIỆNVIỆTNAM

E RROR ! B OOKMARK NOT DEFINED

1.1.1 Giới thiệu chung Error! Bookmark not defined 1.1.2 Vai trò của lưới phân phối Error! Bookmark not defined

1.2CÁCCẤUHÌNHPHỔBIẾNCỦALƯỚIPHÂNPHỐI E RROR ! B OOKMARK NOT DEFINED

1.2.1 Lưới trung áp Error! Bookmark not defined 1.2.2 Lưới hạ áp Error! Bookmark not defined

1.3HIỆNTRẠNGBẢOVỆVÀTỰĐỘNGHÓALƯỚIPHÂNPHỐIVIỆTNAM1.4ĐẶTVẤNĐỀNGHIÊNCỨU E RROR ! B OOKMARK NOT DEFINED CHƯƠNG 2 CÁC PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ CHO LƯỚI PHÂN PHỐI ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED

2.1CÁCTHIẾTBỊĐÓNGCẮTVÀBẢOVỆSỬDỤNGTRONGLƯỚIPHÂN

PHỐI E RROR ! B OOKMARK NOT DEFINED

2.1.1 Thiết bị đóng cắt và bảo vệ lưới trung áp Error! Bookmark not defined 2.1.2 Thiết bị bảo vệ lưới hạ áp Error! Bookmark not defined

2.2PHỐIHỢPLÀMVIỆCCỦACÁCTHIẾT BỊTRONGLƯỚIPHÂNPHỐI

E RROR ! B OOKMARK NOT DEFINED

2.2.2 Phối hợp các thiết bị bảo vệ hạ áp Error! Bookmark not defined

2.3PHƯƠNGTHỨCBẢOVỆLƯỚITRUNGÁP E RROR ! B OOKMARK NOT DEFINED

2.3.1 Ảnh hưởng của sơ đồ kết dây đến phương thức bảo vệ của lưới trung áp

Error! Bookmark not defined 2.3.2 Phương thức bảo vệ các trạm nguồn Error! Bookmark not defined 2.3.3 Phương thức bảo vệ tại các trạm phân phối (trạm cắt trung áp) Error!

Bookmark not defined

2.3.4 Phương thức bảo vệ đường dây trung áp Error! Bookmark not defined

2.4PHƯƠNGTHỨCBẢOVỆLƯỚIHẠÁP E RROR ! B OOKMARK NOT DEFINED

2.4.1 Bảo vệ trạm hạ áp Error! Bookmark not defined 2.3.2 Bảo vệ đường dây hạ áp Error! Bookmark not defined

CHƯƠNG 3 TỰ ĐỘNG HÓA CHO LƯỚI PHÂN PHỐI ERROR!

BOOKMARK NOT DEFINED

3.1TỔNGQUANVỀTỰĐỘNGHÓALƯỚIPHÂNPHỐI E RROR ! B OOKMARK NOT DEFINED

3.1.1 Khái niệm và sự cần thiết phải áp dụng tự động hóa lưới phân phối

Error! Bookmark not defined 3.1.2 Tiện ích của việc áp dụng tự động hóa lưới phân phối Error! Bookmark

not defined

3.1.3 Các lĩnh vực áp dụng tự động hóa trong lưới phân phối Error!

Bookmark not defined

3.2TỰĐỘNGHÓACHOLƯỚITRUNGÁP E RROR ! B OOKMARK NOT DEFINED

3.3.1 Tự động hóa trạm SAS (Substation Automation System) Error!

Bookmark not defined

3.3.2 Áp dụng DAS (Distribution Automation System) để phân đoạn sự cố trên

đường dây phân phối Error! Bookmark not defined

3.3TỰĐỘNGHÓACHOLƯỚIHẠÁP E RROR ! B OOKMARK NOT DEFINED

CHƯƠNG 4 MỘT SỐ ÁP DỤNG CHUẨN HÓA CÁC THIẾT BỊ BẢO VỆ VÀ

TỰ ĐỘNG HÓA LƯỚI PHÂN PHỐI HÀ NỘI ERROR! BOOKMARK NOT

DEFINED

4.1HIỆNTRẠNGLƯỚIĐIỆNPHÂNPHỐIHÀNỘI E RROR ! B OOKMARK NOT DEFINED

4.1.1 Cấu trúc của lưới điện phân phối Hà Nội Error! Bookmark not defined

4.1.2 Thiết bị bảo vệ và tự động hóa lưới phân phối Hà Nội đang sử dụng

Error! Bookmark not defined 4.1.3 Tình hình sự cố của lưới điện trung áp Hà Nội Error! Bookmark not

Bookmark not defined

4.2.3 Phân tích phương thức bảo vệ đang sử dụng Error! Bookmark not

defined

4.2.4 Đề xuất chuẩn hóa thiết bị bảo vệ và áp dụng tự động hóa Error!

Bookmark not defined.

LỜI CẢM ƠN

Luận văn này được hoàn thành với sự nỗ lực của bản thân và sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy cô, bạn bè và đồng nghiệp Tôi xin được gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy giáo hướng dẫn GS VS TSKH Trần Đình Long, Bộ môn Hệ thống điện, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tận tình hướng dẫn tôi hoàn thành quyển luận văn này Xin được cảm ơn các bạn đồng nghiệp tạo điều kiện cung cấp

số liệu cho luận văn Xin được cảm ơn Bộ môn Hệ thống điện, Trung tâm Đào tạo Sau đại học vì sự giúp đỡ và tạo điều kiện trong suốt khóa học này

Hà Nội 10/2010 Nguyễn Thị Anh

DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, TỪ VIẾT TẮT

FCO Fuse cut out Cầu chì tự rơi

FDR Fault Detecting Relay Rơ le phát hiện sự cố

HMI Human Machine Interface Giao diện người máy

IED Intelligent Electronic Devices Thiết bị điện tử thông minh

LAN Local Area Network Mạng nội bộ

LBFCO Loaded Break Fuse Cut Out Cầu chì tự rơi cắt có tải

PVS Pole – mounted Vacuum Switch Cầu dao chân không lắp trên cột

RTU Remote Terminal Unit Thiết bị đầu cuối

SAS Substation Automation System Hệ thống tự động hóa trạm

SCADA Supervisory Control And Data

Acquisition

Hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu

SEC Sectionalizer Thiết bị tự động phân đoạn

SPS Switch Power Suply Cầu dao cấp nguồn

TCM Tele- Control Master unit Máy chủ điều khiển từ xa

TCR Tele-Control Receiver Thiết bị nhận tín hiệu điều khiển từ

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1-1: Chiều dài đường dây và dung lượng MBA truyền tải năm 2009 Error! Bookmark not defined.

Bảng 1-2: Các công trình lưới điện trung áp giai đoạn 2004-2008 Error! Bookmark not defined.

Bảng 1-3: Kết quả thống kê TTĐN của các đơn vị trong EVN giai đoạn 2004-2009

Error! Bookmark not defined.

Bảng 1- 4: Ảnh hưởng của tiếp nhận lưới điện hạ áp nông thôn đến TTĐN chung

của EVN giai đoạn 2009-2012 Error! Bookmark not defined Bảng 2-1: Hệ số k cho bởi hãng Cooper Error! Bookmark not defined Bảng 2-3: Lựa chọn đặc tính aptomat với các dạng phụ tải đặc trưng Error! Bookmark not defined.

Bảng 3-1: So sánh giữa hai phương pháp tìm điểm sự cốError! Bookmark not defined.

Bảng 3-2: Đặc tính của FDR Error! Bookmark not defined Bảng 3-3: So sánh đặc tính giữa các phương thức truyền tinError! Bookmark not defined.

Bảng 4- 1: Thống kê trạm 110kV do EVN Hà Nội quản lý (2009) Error! Bookmark not defined.

Bảng 4-2: Thống kê khối lượng đường dây trung áp do EVN Hà Nội quản lý (2009)

Error! Bookmark not defined Bảng 4-3: Số lượng Recloser đang vận hành (2009) Error! Bookmark not defined Bảng 4-4: Số lượng SI đang vận hành (2009) Error! Bookmark not defined Bảng 4-5: Thống kê số lượng máy cắt đang vận hành (2009)Error! Bookmark not defined.

Bảng 4-6: Số lượng dao cách ly đang vận hành (2009)Error! Bookmark not defined.

Bảng 4-7: Số lượng dao cắt phụ tải đang vận hành (2009)Error! Bookmark not defined.

Bảng 4-8: Số lượng tủ RMU đang vận hành (2009).Error! Bookmark not defined Bảng 4-9: Thông số kỹ thuật máy biến áp trạm E25 Mỹ ĐìnhError! Bookmark not defined.

Bảng 4-10: Trị số chỉnh định rơ le của máy biến áp T1Error! Bookmark not defined.

Bảng 4-11: Trị số chỉnh định rơ le của lộ cáp E25-479Error! Bookmark not defined.

Bảng 4-12: Điện kháng thay thế của hệ thống đến thanh cái 110kV trạm E25 Error! Bookmark not defined.

Bảng 4-13: Thông số đầu vào tính ngắn mạch bảo vệ máy biến áp Error! Bookmark not defined.

Bảng 4-14: Bảng tính toán ngắn mạch ứng với chế độ maxError! Bookmark not defined.

Bảng 4-15: Bảng tính toán ngắn mạch ứng với chế độ minError! Bookmark not defined.

Bảng 4-17: Kết quả tính ngắn mạch cuối lộ E25- 479 ở chế độ max Error! Bookmark not defined.

Bảng 4-18: Kết quả tính ngắn mạch cuối lộ E25- 479 ở chế độ min Error! Bookmark not defined.

Bảng 4-19 Chuẩn hóa cài đặt bảo

vệ……… Error! Bookmark not defined

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1-1: Các khâu của hệ thống điện Error! Bookmark not defined Hình 1-2: Cơ cấu điện năng Việt Nam năm 2009 Error! Bookmark not defined Hình 1-3: Sơ đồ kết nối trạm hạ áp “cắt trục chính”.Error! Bookmark not defined Hình 1-4: Cấu trúc phân phối trung áp dạng “hình thoi”Error! Bookmark not defined.

Hình 1-5: Cấu trúc phân phối trung áp dạng “Cánh hoa”Error! Bookmark not defined.

Hình 1-6: Cấu trúc phân phối trung áp dạng “Chấn song”Error! Bookmark not defined.

Hình 1-7: Cấu trúc phân phối trung áp dạng “Búi bông”Error! Bookmark not defined.

Hình 1-8: Cấu trúc phân phối trung áp dạng “Mắt lưới”Error! Bookmark not defined.

Hình 1-9: Sơ đồ đấu nối trạm hạ áp vào hệ thống képError! Bookmark not defined.

Hình 1-10 Cấu trúc lưới cáp ban đầu Error! Bookmark not defined Hình 1-11: Cấu trúc cáp với điểm phân đoạn Error! Bookmark not defined Hình 1-12: Cấu trúc phân tải Error! Bookmark not defined Hình 1-13 Cấu trúc giao hoán Error! Bookmark not defined Hình 1-14 Cấu trúc lưới điện nông thôn Error! Bookmark not defined Hình 1-15: Trung áp trung tính nối đất trực tiếp Error! Bookmark not defined Hình 1-16: Trung áp trung tính cách điện Error! Bookmark not defined Hình 1-17: Lưới phân phối dạng hình tia Error! Bookmark not defined Hình 1-18: Lưới phân phối dạng phân nhánh Error! Bookmark not defined Hình 1-19 Error! Bookmark not defined.

Hình 1-20 Error! Bookmark not defined Hình 1-21 Error! Bookmark not defined Hình 1-22 Error! Bookmark not defined Hình 2-1: Cầu chì tự rơi Error! Bookmark not defined Hình 2-2: Đặc tính i(t) của dây chảy cầu chì Error! Bookmark not defined Hình 2-3: Cấu tạo máy cắt trong Recloser Error! Bookmark not defined Hình 2-4: Đặc tính I(t) của Recloser Error! Bookmark not defined Hình 2-5: Cấu tạo của aptomat Error! Bookmark not defined Hình 2-6: Công tắc tơ Error! Bookmark not defined Hình 2-7: Phối hợp thời gian giữa Fuse – Fuse Error! Bookmark not defined Hình 2-8: Vị trí tương quan phối hợp giữa Recloser - FuseError! Bookmark not defined.

Hình 2-9: Phối hợp đặc tính của recloser và cầu chì.Error! Bookmark not defined Hình 2-10: Phối hợp aptomat với cầu chì làm dự phòngError! Bookmark not defined.

Hình 2-11: Phối hợp bảo vệ công tắc tơ, rơle quá tải và cầu chìError! Bookmark not defined.

Hình 2-12: Phối hợp bảo vệ aptomat Error! Bookmark not defined Hình 2-13: Sơ đồ thay thế và đồ thị véc tơ lưới trung tính cách đất Error! Bookmark not defined.

Hình 2-15: Lưới trung tính nối đất trực tiếp Error! Bookmark not defined Hình 2-16: PTBV MBA 2 cuộn dây, phía trung áp trung tính cách ly Error! Bookmark not defined.

Hình 2-17: PTBV MBA 2 cuộn dây, phía trung áp trung tính nối đất trực tiếpError! Bookmark not defined.

Hình 2-19: Vị trí tính ngắn mạch bảo vệ MBA 3 cuộn dâyError! Bookmark not defined.

Hình 2-20: Hệ thống thanh góp đơn Error! Bookmark not defined Hình 2-21: Hệ thống thanh góp đơn có phân đoạn Error! Bookmark not defined Hình 2-22: PTBV thanh góp đơn trung áp trung tính cách lyError! Bookmark not defined.

Hình 2-23: PTBV thanh góp đơn trung áp trung tính nối đất trực tiếp Error! Bookmark not defined.

Hình 2-24: PTBV đường dây cấp điện lộ đơn Error! Bookmark not defined Hình 2-25: PTBV đường dây cấp điện lộ kép Error! Bookmark not defined Hình 2-26: PTBV đường dây phân phối đô thị Error! Bookmark not defined Hình 2-27: PTBV cho trạm hạ áp Error! Bookmark not defined Hình 2-28: Phối hợp bảo vệ giữa aptomat phía hạ với cầu chì phía cao Error! Bookmark not defined.

Hình 2-29: PTBV đường dây hạ áp Error! Bookmark not defined Hình 2-30: Phối hợp chọn lọc aptomat theo mức dòng điệnError! Bookmark not defined.

Hình 2-31: Phối hợp chọn lọc aptomat theo thời gianError! Bookmark not defined.

Hình 3-1: Minh hoạ một trạm được tự động hoá hiện đại điển hình Error! Bookmark not defined.

Hình 3-2: Cấu hình của hệ thống DAS Error! Bookmark not defined Hình 3-3: Các giai đoạn phát triển của DAS Error! Bookmark not defined Hình 3-4: Chu trình cách ly phân đoạn sự cố ĐDK 1 nguồn cung cấp Error! Bookmark not defined.

Hình 3-5: Chu trình tìm điểm sự cố ĐDK 2 nguồn cung cấpError! Bookmark not defined.

Hình 3-6: Cấu trúc hệ thống DAS áp dụng cho cáp ngầmError! Bookmark not defined.

Hình 4-1: Phương thức bảo vệ trạm E25 đang sử dụngError! Bookmark not defined.

Hình: 4-2: Phương thức vận hành cơ bản lộ E25-479, 480Error! Bookmark not defined.

Hình 4- 3: Phương thức bảo vệ cho đường dây E25- 479 đang sử dụng Error! Bookmark not defined.

Hình 4-4: Tính toán ngắn mạch bảo vệ trạm Error! Bookmark not defined Hình 4-5: Tính ngắn mạch bảo vệ đường dây Error! Bookmark not defined Hình 4-6: Đặc tính vùng tác động của bảo vệ 87T Error! Bookmark not defined Hình 4-7: Phối hợp thời gian của bảo vệ quá dòng pha cấp 1Error! Bookmark not defined.

Hình 4-8: Phối hợp thời gian của bảo vệ quá dòng pha cấp 2Error! Bookmark not defined.

Hình 4-9: Phối hợp thời gian của bảo vệ quá dòng thứ tự không cấp 1 Error! Bookmark not defined.

Hình 4-10: Phương thức chuẩn hóa bảo vệ trạm E25 Mỹ ĐìnhError! Bookmark not defined.

Hình 4-11: Sơ đồ nguyên lý áp dụng DAS cho lộ E25-

479……… Error! Bookmark not defined.

PHẦN MỞ ĐẦU

Công nghiệp điện giữ vai trò rất quan trọng trong sự tăng trưởng kinh tế của mỗi quốc gia Hệ thống điện Việt Nam đang phát triển với tốc độ rất nhanh nhằm phục vụ đắc lực cho sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước Trong sự phát triển của các hệ thống điện lực, các thiết bị và hệ thống bảo vệ đóng một vai trò cực kỳ quan trọng, nó đảm bảo cho các thiết bị điện chủ yếu như máy phát điện, máy biến áp, đường dây dẫn điện trên không và cáp ngầm, thanh góp và các động

cơ cỡ lớn… và toàn bộ hệ thống điện làm việc an toàn, phát triển liên tục và bền vững

Trong sự phát triển đó, một nhu cầu đặt ra là phải đưa ra một hệ thống bảo vệ chuẩn hóa để tiện cho việc thiết kế và vận hành, đảm bảo chất lượng tốt, đồng bộ dễ

áp dụng tự động hóa

1 Lý do chọn đề tài

HTĐ gồm 3 khâu: Sản xuất, truyền tải và phân phối Ba khâu này có mối quan

hệ chặt chẽ với nhau trong việc đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện, chất lượng điện năng và vận hành kinh tế, chỉ cần một khâu không tốt sẽ ảnh hưởng xấu đến hoạt động của toàn hệ thống Tuy nhiên hiện nay do nhiều nguyên nhân khách quan và chủ quan nên vấn đề bảo vệ và tự động hóa lưới phân phối còn chưa được quan tâm đúng mức, sơ đồ bảo vệ rất không đồng bộ và chưa có một chuẩn thống nhất nào Điều đó dẫn tới hiệu quả cung cấp điện của lưới phân phối còn thấp Với lý do đó, mục đích của đề tài nghiên cứu chuẩn hóa các thiết bị bảo vệ và tự động hóa cho lưới phân phối sẽ bao gồm hai nội dung Nội dung thứ nhất là nghiên cứu các cấu trúc điển hình của lưới phân phối nhằm đưa ra các phương thức bảo vệ hợp lý, đồng thời phân tích sự phối hợp làm việc của các thiết bị bảo vệ trên sơ đồ Nội dung thứ hai là nghiên cứu tự động hóa áp dụng cho lưới phân phối, những hiệu quả mà tự động hóa có thể mang lại Cuối cùng là đưa ra một số ví dụ thực tiễn để đánh giá phương thức bảo vệ và đề xuất chuẩn hóa và áp dụng tự động hóa cho một lưới phân phối cụ thể

2 Đối tượng nghiên cứu

- Các cấu trúc phổ biến của lưới phân phối

- Các phương thức bảo vệ lưới điện phân phối

- Tự động hóa cho lưới phân phối

- Phương thức bảo vệ và tự động hóa của lưới phân phối Hà Nội

3 Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn

- Nghiên cứu các dạng điện hình của lưới phân phối

- Nghiên cứu các phương thức bảo vệ cho các phân tử của lưới phân phối, cài đặt và phối hợp làm việc của các bảo vệ

- Nghiên cứu tự động hóa áp dụng cho lưới phân phối

- Phân tích phương thức bảo vệ của một lưới phân phối cụ thể, đề xuất chuẩn hóa và áp dụng tự động hóa cho nó

Chương 2: Giới thiệu một số thiết bị đóng cắt và bảo vệ sử dụng trong lưới phân phối, phối hợp bảo vệ giữa chúng Nghiên cứu phương thức bảo vệ của các phần tử trên lưới phân phối

Chương 3: Nghiên cứu tự động hóa áp dụng cho lưới phân phối và lợi ích của việc áp dụng tự động hóa vào lưới phân phối

Chương 4: Phân tích đánh giá phương thức bảo vệ đang sử dụng của lưới phân phối trung áp cụ thể của Hà Nội và đề xuất chuẩn hóa và áp dụng tự động hóa vào lưới

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LƯỚI PHÂN PHỐI 1.1 VAI TRÒ CỦA LƯỚI PHÂN PHỐI TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM

1.1.1 Giới thiệu chung

Hệ thống điện (HTĐ) gồm 3 khâu: Sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng đến hộ tiêu thụ

Hình 1-1: Các khâu của hệ thống điện

Sản xuất Đến tháng 12/2009, HTĐ toàn quốc có tổng công suất đặt nguồn

điện là 17.521MW, công suất khả dụng là 16813 MW, trong đó nguồn thuộc Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) chiếm 53% và các nguồn ngoài EVN chiếm 47% thuộc các Tập đoàn Công nghiệp Than và khoáng sản, Tập đoàn Dầu khí Việt Nam, Tổng công ty Sông Đà và các nhà đầu tư độc lập trong và ngoài nước…

Hình 1-2: Cơ cấu điện năng Việt Nam năm 2009

Truyền tải Thông qua hệ thống các máy biến áp (MBA) tăng áp, điện áp đầu

cực máy phát được nâng lên cấp điện áp truyền tải từ 110kV đến 500kV gồm các

cấp điện áp chuẩn sau: 110kV, 220kV, 500kV Tính đến cuối năm 2009 chiều dài

đường dây và dung lượng MBA ở các cấp điện áp truyền tải được thống kê trong

Các công trình lưới điện truyền tải 110 kV-500 kV nhìn chung đã đáp ứng

việc truyền tải từ các Nhà máy điện đến các trung tâm phụ tải

Phân phối Để phân phối điện năng đến các khách hàng, điện áp truyền tải

được hạ xuống cấp điện áp của lưới phân phối Lưới phân phối gồm 2 phần: Lưới

trung áp và lưới hạ áp Lưới trung áp của Việt Nam gồm nhiều cấp điện áp: 10kV,

22kV, 35kV Lưới hạ áp có điện áp 380/220V Số liệu chính của lưới trung áp cho

trong bảng 1-2

Ba khâu trên có mối liên hệ chặt chẽ với nhau trong việc đảm bảo độ tin cậy

cung cấp điện, chất lượng điện năng, kinh tế và an toàn, mỗi khâu đều có ảnh hưởng

quyết định đến các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật của hệ thống

1.1.2 Vai trò của lưới phân phối

Lưới phân phối (LPP) là khâu cuối cùng liên hệ giữa hệ thống điện với khách

hàng nên nó đóng vai trò rất quyết định đến chỉ tiêu chung của hệ thống

Theo số liệu thống kê của EVN, tính đến cuối năm 2008, tổng chiều dài đường

dây trung áp bằng khoảng 133 nghìn km, tổng chiều dài đường dây hạ áp gần 192

nghìn km, tổng dung lượng các trạm biến áp hạ áp gần 45 nghìn MVA Lưới điện

phân phối do 3 công ty điện lực miền, 2 công ty điện lực thành phố và 3 công ty

có 8931 xã trong tổng số 9120 xã trên cả nước có điện Các xã, huyện còn lại chưa

có điện lưới Quốc gia hiện đang sử dụng nguồn điện tại chỗ là thủy điện nhỏ hoặc

máy phát điện diesel [11] Hiện nay LPP Việt Nam trình độ tự động hóa còn chưa

cao và vẫn đang tăng rất nhanh về số lượng những năm gần đây

Bảng 1-2: Các công trình lưới điện trung áp giai đoạn 2004-2008 [5]

Lưới điện trung áp Đơn vị quản lý

(Công ty Điện lực) Đường dây

(km)

Số MBA (cái)

Tổng CS (MVA)

Đường dây

hạ áp (km)

Nằm trong mục tiêu chung là thỏa mãn các tiêu chuẩn chất lượng phục vụ

(bao gồm chất lượng điện năng và độ tin cậy cung cấp điện) với chi phí sản xuất, truyền tải và phân phối nhỏ nhất, LPP có vai trò là một trong ba mắt xích có tính chất quyết định trực tiếp Mặt khác, LPP có số lượng phần tử nhiều, phạm vi bao phủ rộng về lãnh thổ nên nó càng có vai trò quan trọng và mức độ ảnh hưởng lớn trong việc thực hiện các mục tiêu chung đó

* Độ tin cậy cung cấp điện (ĐTC)

ĐTC được đánh giá bằng mức độ cung cấp điện đầy đủ và liên tục

Hiện nay do tốc độ phát triển mạnh của phụ tải nên lượng điện năng sản xuất

ra vẫn chưa đáp ứng được nhu cầu Các hộ phụ tải vẫn phải xếp theo thứ tự ưu tiên

để được cung cấp điện Trong hoàn cảnh đó ĐTC phụ thuộc rất nhiều vào sự phân loại của phụ tải

Tuy nhiên, nếu không kể đến khó khăn chung của hệ thống thì LPP với tình trạng lưới điện cũ nát, chắp vá và thường xuyên quá tải vì không được nâng cấp thường xuyên, thiết kế lắp đặt chưa theo một chuẩn thống nhất là nguyên nhân chính làm cho ĐTC của LPP thấp hơn so với các cấp điện áp khác, mất điện trên diện rộng (không đáng có) đặc biệt là khu vực nông thôn và miền núi

Hơn nữa so với các quốc gia phát triển, lưới phân phối Việt Nam vẫn còn lạc hậu, trình độ tự động hóa chưa cao dẫn tới khi xảy ra sự cố thì thời gian xử lý lâu, ĐTC giảm

* Tổn thất điện năng

Qua số liệu thống kê về tổn thất điện năng (TTĐN) trên lưới cho thấy, LPP chiếm tỉ trọng tổn thất rất cao Nếu như các điện lực trên thế giới tổn thất thấp nhất trên lưới phân phối vào khoảng 4%, trong khi trên lưới truyền tải là khoảng 2% thì thực tế con số này ở Việt Nam, tổn thất lưới phân phối cao hơn gấp 3 đến 4 lần lưới truyền tải

Bảng 1-3: Kết quả thống kê TTĐN của các đơn vị trong EVN giai đoạn

2004-2009 [5]

Đơn vị

Công ty Điện lực 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009

Miền Bắc 7,86 7,78 8,63 8,46 8,11 6,65 8,14 Miền Nam 9,63 9,35 8,51 8,10 7,90 7,27 7,06

Nam trung bộ & Tây Nguyên 4,51 3,48 3,5 3,09 2,93 2,27 2,05

Miền Nam 3,49 3,6 3,2 2,59 2,1 1,61 1,57

EVN 12,23 12,1 11,78 11,05 10,56 9,21 9,57*

* Số liệu 9,57% của năm 2009 là TTĐN có kể đến ảnh hưởng tiếp nhận lưới

Dự báo kế hoạch giảm TTĐN của EVN nếu kể đến ảnh hưởng tiếp nhận lưới điện hạ áp nông thôn cho trong bảng 1-4.

Bảng 1- 4: Ảnh hưởng của tiếp nhận lưới điện hạ áp nông thôn đến TTĐN chung của EVN giai đoạn 2009-2012 [5]

TTĐN Lưới điện TT 220kV, 500 kV (%) 2,5 2,5 2,5 2,5 TTĐN lưới điện PP các CTĐL (%) 6,7 6,5 6,4 6,3 Tổn thất cả TT, PP (%)

(chưa kể tiếp nhận LĐHANT) 9,2 9,0 8,9 8,8 Tăng TTĐN do nhận LĐHANT (%) 1,20 1,9 1,20 0,87

Tổng TTĐN (bao gồm cả tiếp nhận LĐHANT)

Đây là chỉ tiêu kỹ thuật, đồng thời cũng là chỉ tiêu kinh tế cần đặc biệt quan tâm để tìm ra các giải pháp hiệu quả nhằm giảm thiểu tổn thất cho LLP Việt Nam

* Chất lượng điện năng

Chất lượng điện được thể hiện ở hai chỉ tiêu: tần số, điện áp

- Tần số là chỉ tiêu chung của toàn hệ thống, điều chỉnh trị số này là nhiệm vụ của cơ quan Trung tâm Điều độ Quốc gia

- Điện áp là chỉ tiêu mang tính chất cục bộ Việc đảm bảo cho trị số điện áp tại tất cả các nút của lưới trung áp và hạ áp nằm trong giới hạn cho phép là nhiệm vụ của kỹ sư thiết kế và vận hành lưới điện

LPP là khâu cuối cùng trực tiếp cung cấp điện cho phụ tải, nên chất lượng điện

áp cũng như độ tin cậy của lưới này ảnh hưởng trực tiếp đến sự làm việc bình thường của các thiết bị sử dụng điện

2 Chỉ tiêu kinh tế

* Chí phí đầu tư, cải tạo và nâng cấp lớn

Do số lượng phần tử nhiều, phạm vi phủ rộng trên toàn bộ lãnh thổ đất nước, nguồn vốn đầu tư cho cải tạo, nâng cấp và xây mới LPP là rất lớn để đáp ứng với nhu cầu tăng nhanh cả về số lượng và chất lượng của phụ tải Nếu như khâu sản xuất và truyền tải ta quan tâm hơn tới các chỉ tiêu chất lượng thì LPP cần cân bằng với lợi ích kinh tế khi lựa chọn thiết bị

Tùy vào tình hình kinh tế, tài chính của từng quốc gia và trình độ phát triển của LPP mà lượng vốn đầu tư là khác nhau Hiện nay LPP Việt Nam mới chỉ đang quan tâm tới phát triển số lượng và chưa được hiện đại hóa Trong những năm gần đây lưới điện nông thôn đang được EVN đầu tư đáng kể Dự án lưới điện phân phối nông thôn khu vực miền Trung là một ví dụ Dự án này đã chính thức khởi động với tổng vốn đầu tư dự kiến hơn 900 tỷ đồng (30 triệu EUR), trong đó vốn vay của Ngân hàng Tái thiết Đức 780 tỷ đồng, vốn đối ứng hơn 120 tỷ đồng, sẽ cấp điện cho gần 282.169 hộ dân thuộc các tỉnh: Đắk Lắk, Gia Lai, Phú Yên, Đắc Nông, Bình Định, Quảng Trị, Quảng Nam, Quảng Bình và Quảng Ngãi, dự kiến kết thúc đưa vào sử dụng vào cuối năm 2012

Tuy nhiên nếu xét về tỉ lệ vốn đầu tư cho các khâu của hệ thống điện có thể thấy sự khác biệt:

- Các nước phát triển

+ Khoảng 30% vốn đầu tư cho nguồn

+ Khoảng 20% cho lưới truyền tải

+ Khoảng 50% cho lưới phân phối

- Việt Nam

+ Khoảng 65% vốn đầu tư cho nguồn

+ Khoảng 20% cho lưới truyền tải

Qua số liệu cho thấy thì lưới phân phối Việt Nam chưa được quan tâm đúng mức, cần phải hướng sự quan tâm, chú ý nhiều hơn

* Chi phí vận hành lớn

Chi phí vận hành cho LPP bao gồm các chi phí cơ bản sau

- Chi phí tu sửa, bảo dưỡng thiết bị (số lượng thiết bị nhiều)

- Chi phí nhân công lao động: do trình độ tự động hòa còn thấp, lượng lao động nhiều và trình độ chưa cao, do đó chi phí trả lương và nâng cao trình độ lớn

- Tổn thất trên lưới lớn

3 An toàn

An toàn là vấn đề cần quan tâm đặc biệt đối với LPP, đặc biệt là mạng hạ áp

có số lượng người tiếp xúc trực tiếp nhiều Theo số liệu thống kê trong 100% số vụ tai nạn điện thì 76,4% xảy ra ở cấp điện áp nhỏ hơn 1000V và 23,6% xảy ra với cấp điện áp lớn hơn 1000V Do đó khi thiết kế, lắp đặt công trình điện, vấn đề an toàn phải được đặt nên hàng đầu Đó là an toàn cho các thiết bị điện, an toàn cho các cán

bộ kỹ thuật vận hành, an toàn cho các công trình kiến trúc và cư dân nơi có dòng điện đi qua

Qua những phân tích trên đây cho thấy LPP là một khâu vô cùng quan trọng nhưng chưa được quan tâm đúng mức, nên những năm phát triển tiếp theo cần hướng sự quan tâm đặc biệt tới khâu này

1.2 CÁC CẤU HÌNH PHỔ BIẾN CỦA LƯỚI PHÂN PHỐI

Cấu trúc lưới điện có liên quan trực tiếp đến vốn đầu tư, chi phí vận hành và khả năng phát triển của lưới Vì vậy bước đầu tiên chuẩn hóa các thiết bị bảo vệ và

áp dụng tự động hóa cho LPP cần phải quan tâm đến cấu trúc của lưới và chú ý đến

sự phát triển của nó để có thể đưa ra được phương thức bảo vệ thống nhất, đáp ứng được các yêu cầu bảo vệ áp dụng cho LPP Việt Nam

1.2.1.1 Lưới đô thị

Thông thường lưới đô thị được cung cấp từ các trạm nguồn 220-110/35-22-11

kV Từ phía thứ cấp 35-22-11 kV của các trạm này các đường dây trung áp thường được thiết kế với cấu hình mạch vòng, vận hành hở Các trạm nguồn thường có 2 hoặc 3 máy biến áp với công suất đơn vị từ 5MVA đến 60MVA Mật độ phụ tải đô thị thường thay đổi từ khoảng 5MVA/km2 (vùng ngoại ô) đến 100 MVA/km2 ở khu vực trung tâm đô thị Ở khu trung tâm thường sử dụng cáp ngầm và các trạm kín, ở ngoại ô sử dụng đường dây trên không và các trạm hở hoặc trạm treo trên cột Cấu trúc lưới trung áp đô thị có thể chia làm hai loại chính tùy thuộc vào cách đấu nối các trạm trung áp/hạ áp vào lưới trung áp

a Cấu trúc “cắt trục chính”

Sự phát triển của phụ tải đồng nghĩa với việc đóng thêm các trạm trung áp/hạ

áp vào hoạt động Việc làm này được thực hiện bằng cách cắt đường trục phân phối chính ra và đấu nối trạm trung áp/hạ áp vào đường dây chính đó Trạm trung áp/hạ

áp có thể một hoặc hai máy biến áp có sơ đồ đấu nối vào đường dây chính mô tả trên hình 1-3

Hình 1-4: Cấu trúc phân phối trung áp dạng “hình thoi”

ab) Dạng “Cánh hoa”

Từ trạm nguồn một đường dây (thường là mạch kép) cung cấp đến một trạm đầu mối Từ trạm đầu mối đó các vạch vòng trung áp vận hành hở tỏa đi các hướng

để cung cấp cho các phụ tải của vùng này (Hình 1-5)

Hình 1-5: Cấu trúc phân phối trung áp dạng “Cánh hoa”

ac) Dạng “Chấn song”

Từ cấu trúc ban đầu ở hình 1-4 sự phát triển của các đường dây trục chính được đấu nối vào mạng điện cũ qua nhiều vị trí vận hạnh hở tạo nên một sơ đồ dạng

“Chấn song” (Hình 1-6)

Hình 1-6: Cấu trúc phân phối trung áp dạng “Chấn song”

ad) Dạng “Búi bông”

Đây cũng là một dạng có cấu trúc nguyên thủy ở hình 1-4 Thay trạm cắt bằng một đường dây dự phòng cho nhiều đường dây chính (Hình 1-7)

Hình 1-7: Cấu trúc phân phối trung áp dạng “Búi bông”

ađ) Dạng “Mắt lưới”

Ở hình 1-8 mỗi một đường dây cung cấp cho một trạm đầu mối Ở trạm đầu mối đó sẽ cung cấp cho cụm phụ tải theo một mạch vòng trung áp vận hành hở

Hình 1-8: Cấu trúc phân phối trung áp dạng “Mắt lưới”

Lưới trung áp với cấu trúc mạch vòng vận hành hở có ưu điểm: Khi xảy ra sự

cố trên bất kỳ phân đoạn nào trên đường dây chính thì thiết bị đóng cắt lân cận điểm

sự cố sẽ tác động cắt nhanh phần tử sự cố ra khỏi lưới Điểm thường mở sẽ đóng lại cấp điện tiếp tục cho các phần tử không bị sự cố từ phía bên kia sang Như vậy, dù

bị sự cố tại bất kỳ đoạn cáp nào thì một vài trạm biến áp chỉ mất điện tạm thời trong thời gian thao tác, ĐTC được nâng cao

b Cấu trúc “ hệ thống kép”

Những hệ thống gọi là “hệ thống kép” trong đó trạm trung áp/ hạ áp được kết nối vào đường dây mạch kép (Hình 1-9) Hai đường dây song song nối liền tất cả các trạm trung áp/ hạ áp với nguồn trung áp Sơ đồ ban đầu của cấu trúc này là một cặp dây cáp trong đó một dây làm việc và một cáp dự phòng thường đặt trong tình

trạng cắt Bình thường, tất cả các trạm được cung cấp bởi cặp đường dây này được nối với cáp làm việc Chúng sẽ được chuyển sang cáp dự phòng trong trường hợp cáp làm việc bị ngắt Những thiết bị tự động cho phép thực hiện chuyển đổi này mà không cần sự tham gia bằng tay của con người

Hình 1-9: Sơ đồ đấu nối trạm hạ áp vào hệ thống kép

Hình 1-10 Cấu trúc lưới cáp ban đầu

Sự phát triển của lưới cáp với hệ thống kép theo ba cấu trúc:

- Đường cáp dài có các điểm phân đoạn để tăng độ tin cậy cung cấp điện Khi xảy ra sự cố phía sau, điểm phân đoạn sẽ mở ra, cách ly phần tử sự cố, phía trước vẫn được cung cấp điện (Hình 1-11)

Hình 1-11: Cấu trúc cáp với điểm phân đoạn

- Khi phụ tải lớn, để tránh quá tải cho phần đầu cáp, người ta cắt cáp làm việc

ra thành nhiều phần, và xây dựng những đường cáp mới nối vào từng phần của cáp làm việc cũ nhằm mục đích phân tải Khi đó một cáp dự phòng cho nhiều cáp làm việc (Hình 1-12)

Hình 1-12: Cấu trúc phân tải

- Với cách giao hoán cáp (Hình 1-13) thì khi sự cố xảy ra tại một điểm bất kỳ trên tuyến sẽ không làm cho toàn tuyến phía sau bị mất điện

Hình 1-13 Cấu trúc giao hoán

1.2.1.2 Lưới nông thôn

Nông thôn có mật độ phụ tải thưa và phân bố không đều, rải rác theo địa bàn dân cư, các làng xã cách nhau hàng kilomet Do đó đa số đường dây cấp điện ở khu vực nông thôn là đường dây trên không có tiết diện bé Việc phân vùng các sự cố thường nhanh chóng hơn mạng cáp điện đô thị và lượng công suất bị cắt trong trường hợp sự cố cũng nhỏ hơn so với công suất bị cắt khi sự cố trong mạng đô thị Lưới điện trung áp nông thôn thường có dạng cây (các đường dây liên xã), các thôn xã trong cụm dân cư nối vào đường dây trục chính theo sơ đồ phân nhánh có thể phân đoạn bằng dao cách ly

Hình 1-14 Cấu trúc lưới điện nông thôn

1.2.1.3 Chế độ nối đất trung điểm của lưới trung áp

Trên thế giới có nhiều giải pháp cho vấn đề kết nối lưới điện trung áp Về cơ bản có thể phân nhóm sơ đồ thành hai dạng sau:

- Lưới trung áp có trung tính nối đất trực tiếp (phổ biến ở Bắc Mỹ): Đường dây trung áp tương ứng được thiết kế với 4 dây dẫn (3 dây pha + trung tính) Trung tính được nối đất trực tiếp trên suốt chiều dài dây Với dạng lưới này chế độ vận hành mạng điện rất linh hoạt, MBA hạ áp có thể là MBA 3 pha, MBA 1 pha sử dụng điện áp dây hoặc điện áp pha (Hình 1-15)

- Lưới trung áp trung tính cách điện (phổ biến ở Châu Âu): Với dạng lưới này, điểm trung tính không được phân phối, đường dây trung áp tương ứng được thiết kế với 3 dây pha, không có dây trung tính Do đó trong chế độ vận hành mạng

Lưới phân phối hạ áp thực hiện theo hai sơ đồ nối dây chính như sau:

- Sơ đồ hình tia (hay còn gọi là sơ đồ dạng cây)

- Sơ đồ dạng phân nhánh (hay còn gọi là sơ đồ dạng trục chính)

Từ hai sơ đồ chính trên nó sẽ biến dạng thành nhiều loại sơ đồ khác nhau phục

vụ cho các hộ tiêu thụ có những đặc điểm khác nhau

1.2.2.1 Sơ đồ hình tia

Hình 1-17: Lưới phân phối dạng hình tia

Đối với sơ đồ hình tia, mỗi một hộ tiêu thụ hay một diểm phân phối được cung cấp bằng một lộ riêng biệt đi từ một điểm chung Ưu điểm của cấu trúc này là dễ phát triển, độ tin cậy cao Tuy nhiên vốn đầu tư đường dây lớn Thường dùng trong trường hợp các hộ tiêu thụ thành các nhóm ở xung quanh điểm phân phối (theo nhiều hướng khác nhau)

1.2.2.2 Sơ đồ dạng phân nhánh

Hình 1-18: Lưới phân phối dạng phân nhánh

Đối với sơ đồ dạng phân nhánh, thì hộ tiêu thụ hay nhiều điểm phân phối được cung cấp từ các vị trí khác nhau trên trục chính này Cũng giống như cấu trúc hình tia, cấu trúc này dễ phát triển, ít tốn kém nhưng độ tin cậy không cao Sơ đồ phân nhánh thường dùng trong trường hợp các hộ tiêu thụ rải dọc theo một hướng Những hộ tiêu thụ quan trọng có thể được cung cấp trực tiếp từ bảng phân phối chính của TBA

TA

HA

1.2.2.3 Sơ đồ dạng hỗn hợp

Hình 1-19 trình bày một sơ đồ hỗn hợp, gồm hàng loạt các điểm phân phối được cung cấp điện từ một đường trục chính (hay từ một nhánh chính) và từ các điểm phân phối này sẽ cung cấp theo dạng hình tia cho các hộ tiêu thụ

Hình 1-19

Đường trục chính có thể có dạng vòng (Hình 1-20)

A HA

TA

Hình 1-20

Đường trục chính cũng có thể được cung cấp từ hai nguồn (Hình 1-21) Trong

cả hai trường hợp, các vòng có thể làm việc theo dạng hở bằng cách ngắt bởi thiết bị

1.3 HIỆN TRẠNG BẢO VỆ VÀ TỰ ĐỘNG HÓA LƯỚI PHÂN PHỐI VIỆT NAM

HTĐ Việt Nam vẫn đang phát triển nhanh về số lượng và dần được nâng cao

về chất lượng Để hệ thống điện có thể làm việc an toàn và phát triển liên tục và bền vững cần phải trang bị một hệ thống bảo vệ và tự động hóa hiện đại Nó có nhiệm

vụ phát hiện và loại trừ nhanh nhất phần tử sự cố ra khỏi hệ thống để ngăn chặn và hạn chế tới mức thấp nhất những hậu quả tai hại do sự cố gây ra

LPP Việt Nam đa dạng về cấp điện áp Cấp 6, 10, 35kV có trung tính cách ly, cấp 22, 15, 0,4kV trung tính trực tiếp nối đất làm cho phương thức bảo vệ cho lưới phân phối khá đa dạng Ngoài ra việc thiết kế và sử dụng bảo vệ cho LPP mang tính

tự phát không theo một chuẩn thống nhất nào, thiết bị sử dụng cũng rất đa dạng chất lượng không đồng đều dẫn tới sự phối hợp khó khăn giữa các thiết bị bảo vệ, chưa thực hiện đầy đủ chức năng bảo vệ, tác động nhầm, không chọn lọc vẫn xảy ra Trình độ tự động hóa còn thấp dẫn tới độ tin cậy cung cấp điện giảm: thời gian mất điện lâu, phạm vi mất điện lớn không đáng có

Các thiết bị bảo vệ và tự động hóa sử dụng trong LPP Việt Nam hiện nay rất

đa dạng xuất xứ rất khác nhau và có chất lượng không đồng đều, có thể nêu một số loại thường gặp sau đây:

Các cầu chì tự rơi (Fuse Cut Out - FCO), cầu chì cắt có tải (Loaded Break Fuse Cut Out - LBFCO) đang sử dụng từ nhiều hãng sản xuất như: Công ty Thiết bị điện Sài Gòn (SEE), Tuấn Ân, ABB, AB-Chance, Westinghouse(Nam Phi), Chất lượng của chúng rất không đồng đều Các FCO, LBFCO do các hãng trong nước sản xuất thường hư hỏng cách điện (khuyết tật do chế tạo), cơ cấu ngàm tiếp xúc, cơ cấu tự rơi thường bị sét rỉ sau thời gian vận hành khoảng 2-3 năm

Máy cắt do các hãng sản xuất như: ABB (Thụy Điển, Phần Lan, Ý, Ấn Độ, Malaixia, Trung Quốc), Siemens (Đức, Ấn Độ), LG (Hàn Quốc), Alsthom (Pháp,

Ấn Độ, Đức, Bỉ, Inđônêxia), Merlin Gerin (Pháp, Việt Nam), Schneider (Pháp, Việt

BVQD kỹ thuật số được sử dụng chủ yếu cũng xuất xứ từ nhiều hãng sản xuất như: ABB, Alsthom, Siemens, SEL

1.4 ĐẶT VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

Một hệ thống bảo vệ tốt phải đảm bảo các yêu cầu tin cậy, chọn lọc, tác động nhanh, độ nhạy và tính kinh tế Vì nhiều lý do khách quan cũng như chủ LPP nói chung và hệ thống bảo vệ và tự động hóa LPP nói riêng vẫn chưa được quan tâm đúng mức Trình độ tự động hóa LPP còn thấp, thiết kế và lắp đặt mang tính chất tự phát, rất đa dạng không theo một chuẩn thống nhất nào Điều đó dẫn đến sự phối hợp làm việc giữa các thiết bị bảo vệ không tốt có thể tác động nhầm, mất chọn lọc,

độ tin cậy cấp điện giảm được thể hiện khá rõ trong số liệu thống kê suất sự cố còn nhiều và thời gian cũng như phạm vi mất điện còn lớn

Qua những phân tích trên về vai trò và thực trạng bảo vệ và tự động hóa của lưới phân phối đặt ra một yêu cầu cấp thiết là phải nghiên cứu để chuẩn hóa các thiết bị bảo vệ và tự động cho LPP Điều này góp phần xây dựng một chuẩn thống nhất cho lưới phân phối và tạo điều kiện áp dụng tự động hóa vào lưới phân phối dễ dàng, đồng bộ hơn đáp ứng yêu cầu phát triển liên tục và bền vững của HTĐ

CHƯƠNG 2 CÁC PHƯƠNG THỨC BẢO VỆ CHO

LƯỚI PHÂN PHỐI

Nhiệm vụ của hệ thống bảo vệ LPP cũng như của HTĐ nói chung bao gồm:

1 Phát hiện và loại trừ sự cố trong thời gian nhanh nhất, hạn chế đến mức thấp nhất tác hại của sự cố

2 Cách ly chính xác phần tử sự cố khỏi HTĐ

3 Làm việc đúng, chắc chắn, đảm bảo chế độ làm việc bình thường của các phần tử không bị sự cố và toàn bộ hệ thống

4 Đảm bảo độ nhạy cần thiết trong mọi chế độ vận hành khi công suất nguồn

và cấu hình lưới thay đổi

5 Ngoài ra, đối với LPP, vì các đối tượng cần bảo vệ rất lớn nên giá của thiết

bị bảo vệ cần phải được xem xét

2.1 CÁC THIẾT BỊ ĐÓNG CẮT VÀ BẢO VỆ SỬ DỤNG TRONG LƯỚI PHÂN PHỐI

2.1.1 Thiết bị đóng cắt và bảo vệ lưới trung áp

Thiết bị bảo vệ (TBBV) sử dụng trong LPP rất phong phú và đa dạng Tùy thuộc vào đối tượng được bảo vệ, cấp điện áp và hiện nay chưa có một tiêu chuẩn nào cho những bảo vệ cần đặt cho LPP Một số bảo vệ, và thiết bị được sử dụng phổ biến cho LPP bao gồm:

1 Các loại bảo vệ quá dòng

2 Cầu chì

3 Máy cắt có trang bị tự động đóng lại (Recloser)

4 Dao cách ly tự động (Sectionalizer)

…

2.1.1.1 Cầu chì cao áp (Fuse)

Cầu chì cao áp là loại TBBV đơn giản nhất dùng trong LPP với đặc tính của bảo vệ quá dòng có thời gian phụ thuộc Có nhiều loại cầu chì cao áp khác nhau, những loại thường gặp trong lưới phân phối là:

- Cầu chì tự rơi

- Cầu chì chứa cát thạch anh

- Cầu chì chứa chất lỏng dập hồ quang

- Cầu chì chân không hoặc chứa khí SF6

Hai loại đầu: Cầu chì tự rơi và cầu chì có chứa cát thạch anh được sử dụng phổ biến hơn với khả năng cắt dòng điện cực đại từ 5 đến 8kA ở cấp điện áp 11kV hoặc 12kV

Hình 2-1: Cầu chì tự rơi

Đặc tính làm việc (vùng làm việc) của cầu chì được giới hạn bởi hai đường

- Thời gian chảy nhỏ nhất (minimum smelting time): là thời gian nhỏ nhất để

dây chảy đứt

- Thời gian tổng lớn nhất (maximum total time): là tổng thời gian sự cố được

loại trừ hoàn toàn

Tiêu chuẩn để phân loại cầu chì là điện áp giới hạn, dòng điện giới hạn, đặc tính chảy của cầu chì (đặc tính i(t)), đặc tính sản xuất và một số những thông số

khác Một số nhà sản xuất hay quốc gia khác có sự phân loại và thiết kế riêng của

họ

Trong LPP phổ biến cách phân loại dây chảy: loại K (nhanh) và loại T (chậm)

Sự phân loại này dựa vào tỉ số tốc độ theo đường cong thời gian chảy nhỏ nhất: là tỉ

số dòng điện chảy ở 0,1s và dòng điện chảy ở 300s Với dây chảy loại K tỉ số tốc độ

từ 6 đến 8 Loại T tỉ số tốc độ từ 10 đến 13

Thời gian tổng lớn nhất

Thời gian chảy nhỏ nhất

Dòng điện (A)

Hình 2-2: Đặc tính i(t) của dây chảy cầu chì

2.1.1.2 Máy cắt có trang bị tự đóng lại (Recloser)

Là máy cắt loại nhẹ tác động nhanh được trang bị bảo vệ quá dòng, phần tử logic để cắt và đóng trở lại máy cắt có bộ phận đếm số lần tác động và chỉ trạng thái của máy cắt Số lần tự đóng lại có thể được đặt trước, nếu đóng lại không thành công máy cắt sẽ được giữ ở trạng thái cắt, chờ nhân viên vận hành xử lý

Đối với đường dây phân phối trên không có tới 75% đến 95% sự cố là thoáng qua gây ra bởi các tác nhân tự nhiên, nhờ khả năng tự động đóng lại của Recloser làm tăng đáng kể độ tin cậy của đường dây phân phối trên không