Tính toán, đề xuất các giải pháp vận hành nhằm nâng cao độ tin cậy cho lưới điện phân phối khánh hòa

Mặt khác, qua các thống kê theo dõi, tốc độ phát triển của phụ tải trong khu vực tăng nhanh so với tốc độ phát triển của nguồn và lưới điện, vì vậy trong thời gian chờ đợi các công trình

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

Mã số: 60 52 02 02

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng - Năm 2017

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGÔ VĂN DƯỠNG

Phản biện 1: TS TRẦN TẤN VINH

Phản biện 2: GS.TS NGUYỄN HỒNG ANH

Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật, chuyên ngành kỹ thuật điện họp tại Trường

Đại học Bách khoa Đà Nẵng vào ngày 07 tháng 11 năm 2017

* Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại học

Bách khoa

- Thư viện Khoa Điện, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN

Hiện nay, lưới điện phân phối tỉnh Khánh Hòa nói riêng và cả nước nói chung được thiết kế theo cấu trúc mạch kín vận hành hở Với cấu trúc như vậy, việc thực hiện các thao tác chuyển tải, khôi phục lưới điện sau chuyển tải hầu như đều dẫn đến việc mất điện tạm thời phụ tải Những hạn chế này cơ bản sẽ được khắc phục khi chúng

ta thực hiện khép vòng các xuất tuyến liên lạc, bố trí thiết bị đóng cắt hợp lý theo từng phân đoạn trên tuyến để đảm bảo cô lập phạm vi mất điện nhỏ nhất Mặt khác, qua các thống kê theo dõi, tốc độ phát triển của phụ tải trong khu vực tăng nhanh so với tốc độ phát triển của nguồn và lưới điện, vì vậy trong thời gian chờ đợi các công trình,

dự án nhằm cải thiện nguồn và lưới điện trong khu vực này được triển khai nhằm đáp ứng sự tăng trưởng của phụ tải thì nhiệm vụ nghiên cứu, tính toán phân tích tìm phương thức vận hành hợp lý, ứng dụng các sáng kiến, công nghệ, phần mềm mới để tối ưu hóa các chế độ vận hành trên nền tảng cơ sở thiết bị, vật tư hiện hữu là ưu tiên hàng đầu tại KHPC thời điểm này Việc làm này không đòi hỏi nhiều vốn đầu tư nhưng hiệu quả mang lại thiết thực và tức thời Mặt khác, từ trước đến nay, khi có sự cố xảy ra trên lưới trung thế thì công tác tìm kiếm, cô lập vùng sự cố tốn rất nhiều thời gian và nhân lực, đặc biệt càng khó khăn hơn đối với những sự cố nằm trên địa

hình phức tạp, đường dây dài, xa khu dân cư… Từ năm 2008, Điện lực Khánh Hòa đã ứng dụng thiết bị chỉ thị sự cố Flite 11x-SA của hãng Schneider để thay thế cho hoạt động tìm điểm sự cố trên lưới trung thế nhằm nâng cao độ tin cậy Bước đầu, thiết bị đã phát huy hiệu quả, xác định nhanh điểm sự cố Qua đó, đã giảm nhanh thời gian cắt điện do sự cố xảy ra Tuy nhiên, qua thực tế triển khai thiết

bị Flite 11x-SA đã phát sinh một số nhược điểm dẫn đến sự linh hoạt trong tùy chọn chỉ báo và tuyền tín hiệu rất thấp do thiết bị chỉ cảnh báo bằng đèn tại chỗ nên việc tìm kiếm phải dựa vào đèn và thời gian kéo dài Bên cạnh đó, giá thành thiết bị khá cao, nên khả năng triển khai trong toàn hệ thống lưới điện do Công ty quản lý rất hạn chế Trong năm 2015, KHPC đã nghiên cứu, chế tạo và thử nghiệm thành công thiết bị chỉ báo sự cố trên lưới điện trung áp với nhiều tính năng ưu việt phù hợp với mục đích quản lý của đơn vị, trên cơ

sở đó tiến hành sản xuất thử nghiệm với số lượng lớn đã lắp đặt vận hành trên lưới điện Khánh Hòa

Thiết bị có công năng chỉ báo chính xác vị trí sự cố, giúp cho

bộ phận chuyên trách phát hiện điểm sự cố thông qua tin nhắn cảnh báo và hiển thị trực quan trên màn hình máy tính HMI đặt tại Phòng Điều Độ, sớm cách ly khu vực đoạn tuyến bị sự cố ra khỏi lưới với thời gian nhanh nhất, đồng thời nhân viên Điều độ có thông tin sớm

để điều hành cung cấp điện lại cho khách hàng, tránh mất điện kéo dài (trước đây khi sự cố nhân viên vận hành phải đến tận hiện trường

để xác định nhánh rẽ nào bị sự cố dựa trên chỉ thị đèn cảnh báo tại chỗ sau đó mới gọi điện về cho nhân viên Điều độ để báo cáo, điều hành nên thời gian mất điện của khách hàng kéo dài) Bên cạnh đó, trong năm 2016, CTy CPĐL Khánh Hòa đã chính thức đầu tư và sử dụng phần mềm Survalent để giám sát, điều khiển thiết bị đóng cắt tại các trạm 110 KV và các thiết bị đóng cắt trên lưới phân phối có

đặc tính kỹ thuật và giao thức phù hợp Các yếu tố này là cơ sở để

tác giả thực hiện đề tài “Tính toán, đề xuất các giải pháp vận hành nhằm nâng cao độ tin cậy cho lưới điện phân phối Khánh Hòa”

với mong muốn góp phần hoàn thành các chỉ tiêu mà KHPC đang

phấn đấu thực hiện và nâng cao độ tin cậy trong lưới điện phân phối

2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài là cấu trúc lưới, các chế độ vận hành bình thường và xử lý sự cố trên lưới điện phân phối tỉnh Khánh Hòa

- Phạm vi nghiên cứu: Tập trung vào phân tích tính toán các phương thức vận hành của lưới điện thành phố Nha Trang Từ đó chọn ra phương thức vận hành tối ưu và đề ra một số giải pháp nhằm nâng cao hiệu quả trong vận hành

3 Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu

a) Mục tiêu của đề tài:

- Tính toán, phân tích để thiết lập phương thức vận hành tối ưu trên lưới điện phân phối Khánh Hòa

- Tính toán, lập danh mục các điểm hòa điện trên lưới điện

phân phối Khánh Hòa

- Tính toán đề xuất các vị trí lắp đặt bộ chỉ thị cảnh báo sự cố

có tin nhắn

b) Nhiệm vụ nghiên cứu:

- Tổng quan về hệ thống điện Khánh Hòa và chế độ vận hành hiện tại của các xuất tuyến 22kV

- Tính toán, phân tích các chế độ vận hành trên lưới điện phân phối thành phố Nha Trang

- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết và đề xuất phương án thực hiện

thao tác khép vòng, mở vòng, hòa điện, tách lưới

4 Phương pháp nghiên cứu

- Khảo sát thực tế hiện trạng các thiết bị và chế độ vận hành

trên lưới điện

- Đo lường các thông số về thứ tự pha, đồng vị pha tại các

điểm khép vòng, hòa điện dự kiến

- Sử dụng phần mềm PSS/ADEPT 5.0 để tính toán phân tích

các chế độ vận hành của lưới điện

5 Bố cục

CHƯƠNG 1: Tổng quan về lưới điện tỉnh Khánh Hòa

CHƯƠNG 2: Nghiên cứu các phương pháp tính toán phân tích

các chế độ vận hành của hệ thống điện và các phần mềm tính toán

CHƯƠNG 3: Tính toán phân tích các chế độ vận hành lưới điện phân phối thành phố Nha Trang

CHƯƠNG 4: Tính toán đề xuất các giải pháp nâng cao độ tin cậy trong vận hành lưới điện phân phối Khánh Hòa

NỘI DUNG LUẬN VĂN

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN TỈNH KHÁNH HÒA

1.1 GIỚI THIỆU ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN ĐỊA LÝ, KINH TẾ

XÃ HỘI TỈNH KHÁNH HÒA

1.1.1 Đặc điểm tự nhiên địa lý tỉnh Khánh Hòa

1.1.2 Đặc điểm kinh tế xã hội tỉnh Khánh Hòa

1.1.3 Dự báo phát triển kinh tế-xã hội tỉnh Khánh Hòa đến năm

1.2.1.2 Lĩnh vực sản xuất kinh doanh

1.2.2 Hiện trạng hệ thống điện tỉnh Khánh Hòa

Hiện tại Công ty Cổ phần Điện lực Khánh Hòa quản lý vận

hành hệ thống điện từ cấp điện áp 110 kV trở xuống trên địa bàn tỉnh Khánh Hòa

1.2.2.1 Tình hình nguồn điện

1.2.2.2 Tình hình lưới điện

a Lưới điện 110 kV

Công ty đang quản lý hệ thống lưới điện 110kV với có tổng chiều dài tổng cộng là 345,43km và 11 TBA với tổng công suất 502MVA gồm: Vạn Giã, Ninh Hòa, Đồng Đế, Mã Vòng, Diên Khánh, Suối Dầu, Bán đảo, Cam Ranh, Ninh Thủy, Bình Tân, Nam Cam Ranh

- Có 02 trạm thuộc tài sản của khách hàng là Vinashin và Dệt Nha Trang với tổng công suất 60MVA

- Số liệu chủ yếu về khối lượng lưới điện 110kV trên địa bàn tỉnh Khánh Hòa như sau:

Bảng 1.1 Khối lượng lưới điện 110 kV

Stt Tên khu vực

Đường dây 110kV (km)

Số TBA 110kV

Dung lượng (MVA)

Ghi chú

b Lưới điện trung áp

- Cuối năm 2016, Công ty đã cải tạo chuyển đổi lưới điện có cấp điện áp 35 kV, 15 kV vận hành sang 22kV đối với khu vực lưới điện huyện Khánh Vĩnh, Vạn Ninh, Cam Ranh Hiện nay, lưới điện trung áp tỉnh Khánh Hòa vận hành chủ yếu ở cấp điện áp 22kV

- Tốc độ tăng trưởng phụn tải bình quân trong hai năm 2015,

2016 đạt 10%, trong đó một số khu vực có tốc độ tăng trưởng phụ tải trên 10% cần phải đầu tư nguồn, lưới điện để đáp ứng trong giai đoạn đến năm 2020 như: thành phố Nha Trang, Cam Ranh, Bán đảo Cam Ranh

1.2.2.3 Tình hình phụ tải

a.Tình hình mang tải đường dây

b.Tình hình mang tải các Trạm biến áp

Trong năm 2016 một số trạm 110kV đã vận hành đầy tải hoặc xấp xỉ đầy tải 100% (như EVG, EBT, T1, T2 E28, E32), buộc phải kết lưới vận hành theo phương thức không cơ bản kéo dài tại khu vực Vĩnh Nguyên, Trung tâm, Vĩnh Hải

Bảng 1.4 Tăng trưởng phụ tải qua các năm từ 2013 đến 2016

Điện nhận lưới (tỷ kWh) 1,436 1,644 1,821 1,967 Điện thương phẩm (tỷ kWh) 1,343 1,547 1,673 1,874 Tốc độ tăng ĐTP hàng năm

Tmax từng năm (h) 6.498 6.022 6.111 6.052 Tốc độ tăng Pmax giai đoạn

Ngoài nguồn điện từ trạm E27 và E.Bình Tân thì tại các xuất tuyến trung áp đều có liên lạc với các TBA 110kV lân cận như E29; E31; E32

a Trạm 110kV Mã Vòng có các xuất tuyến sau:

Trạm EBT cấp điện cho khu vực phía tây nam và nam sân bay

Nha Trang qua các xuất tuyến: 471, 473, 475, 477, 479, 481

Khu vực trung tâm thành phố Nha Trang chiếm 1 tỷ trọng sản lượng rất lớn trong toàn KHPC, bên cạnh đó, qua theo dõi tốc độ phát triển của phụ tải của khu vực này tăng nhanh so với tốc độ phát triển nguồn và lưới điện, vì vậy trong thời gian chờ đợi các công trình, dự án nhằm cải thiện nguồn và lưới điện trong khu vực này được triển khai nhằm đáp ứng sự tăng trưởng của phụ tải thì nhiệm

vụ nghiên cứu, ứng dụng các sáng kiến, công nghệ mới để tối ưu hóa các chế độ vận hành trên nền tảng cơ sở thiết bị, vật tư hiện hữu là

ưu tiên hàng đầu tại KHPC thời điểm này

1.3.2 Giới thiệu một số thiết bị đang sử dụng trên lưới điện Khánh Hòa

1.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN PHÂN TÍCH CÁC CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ

CÁC PHẦN MỀM TÍNH TOÁN

2.1 GIỚI THIỆU CHUNG

2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH PHÂN BỐ CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

2.2.1 Tính toán phân bố công suất bằng phương pháp lặp Gauss – Seidel

2.2.2 Tính toán phân bố công suất bằng phường pháp lặp Newton-Raphson

2.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN THÔNG SỐ VẬN HÀNH

2.3.1 Các phương pháp xác định phụ tải tải tính toán

Theo [1], [3] và [5], các phương pháp xác định phụ tải tính toán thường được áp dụng là:

a Phương pháp 1: Tính theo công suất đặt Pđ và hệ số nhu

cầu Knc

b Phương pháp 2: Xác định phụ tải tính toán theo lượng điện

năng tiêu thụ c Phương pháp 3: Xác định phụ tải cực đại theo

phương pháp hệ số cực đại K max và công suất trung bình P tb

d Phương pháp xây dựng đồ thị phụ tải đặc trưng

2.3.2 Các phương pháp tính toán tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong hệ thống cung cấp điện

Theo [4], TTTĐN trong mạng phân phối được xác định theo công thức sau:

a Phương pháp tích phân đồ thị

b Phương pháp dòng điện trung bình bình phương

c Phương pháp thời gian tổn thất

d Phương pháp đường cong tổn thất

2.4 CÁC PHẦN MỀM, TÍNH TOÁN, PHÂN TÍCH TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

2.4.1 Phần mềm Power World

2.4.2 Phần mềm CONUS

2.4.3 Phần mềm PSS/ADEPT

2.4.3.1 Giới thiệu chung về PSS/ADEPT 5.0

PSS/ADEPT (Power System Simulator/Advanced Distribution Engineering Productivity Tool) là phần mềm tính toán và phân tích lưới điện phân phối được xây dựng và phát triển bởi nhóm phần mềm A Shaw Group Company, Power Technologies International (PTI) thuộc Siemens Power Transmission & Distribution, Inc, PSS/ADEPT là một module trong phần mềm PSSTM

Các tính năng chính của PSS/ADEPT 5.0 như:

Tính toán chế độ xác lập của hệ thống điện, tính toán các loại ngắn mạch trong hệ thống điện, tính toán xác định vị trí tụ bù, tính toán tìm điểm mở tối ưu, tính toán khởi động động cơ, tính toán mô phỏng hoạ tần sóng hài tại các nút, tính toán phối hợp lắp đặt bảo vệ, ính toán độ tin cậy trong hệ thống

2.4.3.2 Phương pháp tính toán phân bổ công suất trong phần mềm PSS/ADEPT 5.0

2.4.3.3 Tính toán điểm dừng tối ưu TOPO

Giải thuật của TOPO sử dụng phương pháp heuristic dựa trên việc tối ưu phân bố công suất Các khoá điện xem xét ban đầu phải ở trạng thái mở nhưng khi đóng lại chúng phải tạo ra một mạch vòng kín Những khoá điện không tạo thành một vòng kín sẽ bị trình TOPO loại bỏ trước khi phân tích và chương trình chỉ tính cho các khoá điện có tạo thành mạch vòng khi đóng

Hình 2.4 Thuật toán xác đinh cấu trúc lưới điện tối ưu TOPO

a Trình tự thực hiện ứng dụng phần mềm PSS/ADEPT để tính toán lưới điện phân phối

Bước 1: Thu thập, xử lý số liệu lưới điện

Bước 2: Thể hiện sơ đồ lưới điện thực tế vận hành trên giao

diện đồ họa của PSS/ADEPT

Bước 3: Thực hiện các chức năng tính toán lưới đện trên PSS/ADEPT

Do đặc điểm công việc và giao diện dễ sử dụng nên trong phạm vi luận văn này tác giả sử dụng phần mềm PSS/ADEPT để tính toán phân tích

b Các thuận lợi và khó khăn trong sử dụng phần mềm

PSS/ADEPT

2.5 KẾT LUẬN

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN PHÂN TÍCH CÁC CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THÀNH PHỐ NHA TRANG

3.1 LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THÀNH PHỐ NHA TRANG 3.1.1 Đặc điểm tự nhiên xã hội thành phố Nha Trang

Thành phố Nha Trang có diện tích tự nhiên xấp xỉ 251km2 với dân số vào khoảng 500.000 người, toàn bộ phía đông giáp biển Đông, phía bắc giáp huyện Ninh Hoà, phía Tây giáp huyện Diên Khánh, phía Nam giáp huyện Cam Lâm Nha Trang gồm 27 đơn vị hành chính, trong đó có 19 phường nội thành Thành phố Nha Trang

là trung tâm chính trị, kinh tế, văn hóa, khoa học kỹ thuật của tỉnh Khánh Hòa

3.1.2 Phương thức vận hành lưới điện phân phối thành phố Nha Trang

Lưới điện khu vực phía nam thành phố Nha Trang do 02 điện lực thành viên quản lý vận hành là Điện lực Trung tâm Nha trang và điện lực Vĩnh Nguyên, lưới điện thành phố được nhận nguồn từ hệ thống điện Quốc gia qua trạm 220 kV Nha Trang cấp cho 02 TBA 110kV- E27 vận hành song song với công suất là: (63 + 63) MVA và trạm 110 kV E.Bình Tân với công suất 40 MVA

3.1.2.1 Trạm 110 kV- Nha Trang ( E27)

3.1.2.2.Trạm 110 kV- E Bình Tân

Trạm 110 kV-E Bình Tân gồm 01 máy biến áp công suất đặt

là 40 MVA, cấp điện áp 115/24/11 kV cấp điện cho 06 xuất tuyến 22

kV

Năm 2016, sản lượng điện nhận khu vực nam Nha Trang đạt 697.048.540kWh chiếm 35,1% sản lượng toàn tỉnh Khánh Hòa

sốlần mất điện

MAIFI

Tổng số lần mất điện

Tổn thời gian mất điện của

Nguyên 28319 9 0,254 378 27.833.371 990,848 6,409

3.1.3 Lựa chọn mạch vòng tính toán

Trong trong phạm của luận văn này, qua phân tích, đánh giá dựa trên số liệu thống kê, kết lưới, tình hình phụ tải, mật độ phụ tải, các thiết bị đóng cắt hiện hữu trên lưới, tác giả lựa chọn mạch vòng 484/E27-477/EBT đại diện để phân tích tính toán tìm phương án vận hành tối ưu và tiến hành tính toán khép vòng

Sau khi hoàn thiện luận văn này tác giả sẽ triển khai tính toán trên toàn bộ lưới điện phân phối Khánh Hòa trong thời gian đến

3.2 TÍNH TOÁN CÁC CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH CỦA TUYẾN 477-E BÌNH TÂN VÀ 484-E27

3.2.1 Mô tả chế độ và các thông số vận hành tuyến 477-E Bình Tân và 484-E27

Mạch 477-E.Bình Tân nối vòng với mạch 484-E27, hiện nay mạch vòng này được phân đoạn tại máy cắt 476-F5D Các dao cách

ly liên lạc trên mạch vòng này bao gồm: DCL 477-E.BT/75 , DCL 477-E.BT/88, DCL 477-E.BT/92, DCL 484-E27/73 ( thường mở )