Giải pháp tự động hóa cho lưới điện phân phối thành phố Quảng Ngãi.PDF

MỤC ĐÍCH VÀ MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU - Mục đích: Đề xuất các giải pháp phối hợp, sắp xếp các thiết bị đóng cắt trên lưới điện trung áp nhằm nâng cao năng lực tự động hóa lưới điện.. Ý NGHĨA

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-TRƯƠNG QUANG HUY

GIẢI PHÁP TỰ ĐỘNG HÓA CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THÀNH PHỐ QUẢNG NGÃI

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

Công trình được hoàn thành tại TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG

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

Phản biện 1: PGS.TS NGUYỄN HỮU HIẾU

Phản biện 2: TS LÊ THỊ TỊNH MINH

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ họp tại

Trường Đại học Phạm Văn Đồng vào ngày 30 tháng 6 năm 2018

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

-Trung tâm Thông tin-Học liệu, Đại học Đà Nẵng

- Thư viện trường Đại học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng

do vậy chưa thể đóng cắt có tải phục vụ việc đóng liên lạc khi có điện

Với những lý do trên, tôi đã chọn nghiên cứu đề tài “Giải pháp tự động hóa cho lưới điện phân phối Thành phố Quảng Ngãi”

2 MỤC ĐÍCH VÀ MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

- Mục đích: Đề xuất các giải pháp phối hợp, sắp xếp các thiết bị đóng cắt trên lưới điện trung áp nhằm nâng cao năng lực tự động hóa lưới điện

- Mục tiêu: Tính toán phối hợp thiết bị tự động, các chỉ tiêu độ tin cậy cung cấp điện cho lưới điện phân phối Thành phố Quảng Ngãi

3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

a Đối tượng nghiên cứu:

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu ứng dụng một số thành tựu về tự động hóa lưới điện để triển khai áp dụng tính toán về chỉ tiêu độ tin cậy trên lưới điện trung áp cho khu vực Thành phố Quảng Ngãi

b Phạm vi nghiên cứu:

Phạm vi nghiên cứu của đề tài là các giải pháp về tự động hóa lưới điện đang được triển khai hiện nay

ở Việt Nam Ứng dụng giải pháp tự động hóa vào hệ thống lưới điện trung áp thuộc khu vực Thành phố Quảng Ngãi

4 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ TÍNH THỰC TIỂN

Công tác thao tác các thiết bị đóng cắt trên lưới điện phân phối hiện đang được thực hiện bằng công tác thủ công, việc phân đoạn cô lập để tìm điểm sự cố, khoanh vùng sự cố mất nhiều thời gian, làm tăng phạm vi và thời gian mất điện của khách hàng Do vậy việc nghiên cứu áp dụng giải pháp tự động hóa lưới điện phân phối là rất cần thiết để đảm bảo an toàn cho người và thiết bị

Việc áp dụng công nghệ tự động hóa vào lưới điện phân phối sẽ mang lại hiệu quả thiết thực trong việc nâng cao chỉ số độ tin cậy cung cấp điện Từng bước cung ứng điện an toàn, liên tục cho khách hàng sử dụng điện

5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Đề tài nghiên cứu dựa trên cơ sở lý thuyết của tự động hóa lưới điện (DAS), kết hợp với việc nghiên cứu áp dụng tính toán chỉ số độ tin cậy trên lưới điện phân phối cụ thể

Áp dụng các phần mềm hỗ trợ mô phỏng phối hợp đặc tuyến thiết bị bảo vệ trên lưới điện phân phối

để đảm bảo cho các thiết bị bảo vệ tác động chọn lọc

6 CẤU TRÚC LUẬN VĂN

Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, nội dung luận văn được biên chế thành 4 chương và phụ lục Bố cục nội dung chính của luận văn gồm các phần sau:

Chương 1: Tổng quan

Chương 2: Quy trình giải pháp DAS và các phương pháp phối hợp bảo vệ trong tự động h óa lưới điện phân phối

Chương 3: Giải pháp tự động hóa mạch vòng cho lưới điện phân phối TP Quảng Ngãi

Chương 4: Ứng dụng phần mềm PSS/ADEPT và tính toán phối hợp bảo vệ xuất tuyến 476-E17 và E16

475-Chương 1 TỔNG QUAN VỀ TỰ ĐỘNG HÓA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THÀNH PHỐ QUẢNG NGÃI 1.1 Đặc điểm về lưới điện phân phối Thành phố Quảng Ngãi

Trong các năm qua, Công ty Điện lực Quảng Ngãi đã không ngừng cải tạo, đầu tư, xây dựng các tuyến đường dây trung áp nhằm kết nối mạch vòng giữa các trạm biến áp 110kV và giữa các xuất tuyến trung áp cùng trạm biến áp 110kV đáp ứng theo tiêu chí N-1 Đến thời điểm hiện nay, toàn bộ các xuất tuyến 22kV khu vực Thành phố Quảng Ngãi đều có khả năng khép vòng và hỗ trợ liên lạc qua lại với nhau khi cần thiết Bảng 1.1 Tình hình mang tải các TBA 110KV khu vực Quảng Ngãi

STT Tên trạm biến áp MBA Sđm (MVA) U (kV) Pmax (MW)

Bảng 1.3 Khối lượng trạm biến áp phụ tải TP Quảng Ngãi

- Môi trường ngắt bằng dầu

- Môi trường ngắt bằng chân không

- Môi trường ngắt bằng khí SF6

1.2.2 Rơ le bảo vệ quá dòng

Có 3 cấp bảo vệ I>, I>> và I>>> có thể lựa chọn và làm việc độc lập nhau

Cấp 3 (I>>>) làm việc với đặc tính thời gian độc lập

Cấp 1 (I>) và cấp 2 (I>>) có thể chọn làm việc theo đặc tính thời gian độc lập (DT) hoặc phụ thuộc (IDMT)

1.2.3 Máy cắt tự động đóng lại - Recloser

Máy cắt tự động đóng lại được phân ra các loại như sau:

- Loại tác động ba pha

- Điều khiển bằng thủy lực hay điện tử

1.2.4 Dao cắt có tải – LBS

Dao cắt có tải (LBS) là dạng phát triển của dao

cách ly thông thường với công nghệ chế tạo các

tiếp điểm và phương pháp xử lý dập hồ quang

cho phép thao tác đóng cắt với dòngđiện làm

việc ở các chế độ vận hành bình thường trong

điều kiện nhất định (hình 1.12) Điều này cho

phép giảm được thời gian mất điện đồng thời

nâng cao tính an toàn cho nhân viên vận hành

-Dao cắt có tải (LBS) Tương tự như dao cách ly với bộ truyền động bằng điện, LBS khi kết nối với hệ thống SCADA cho phép có thể phối hợp các thao tác trong vận hành một cách tự động hóa và mang lại tính hiệu quả kinh tế cao

1.2.5 Dao cách ly phân đoạn tự động (SEC)

Để tiết kiệm máy cắt và Recloser mà vẫn có thể cô lập sự cố lâu dài cũng như để hệ thống không bị mất điện khi sự cố thoáng qua, người ta có thể sử dụng phối hợp Recloser với các dao cách ly phân đoạn tự động) SEC là thiết bị bảo vệ có thể tự động ngăn cách các phân đoạn đường dây bị sự cố ra khỏi hệ thống

Thiết bị này thường được lắp đặt trên

đường dây để phối hợp với máy cắt hay Recloser

phía trước Một thiết bị phân đoạn không có khả

năng cắt bất kỳ dòng sự cố Tuy nhiên nó có thể

đếm được số lần cắt của thiết bị phía trước và tác

động cắt khi đã đếm đủ hoặc lớn hơn số lần đặt

1.3 Hiện trạng và xu thế tự động hóa lưới điện phân phối (LĐPP)

1.3.1 Hiện trạng về tự động hóa LĐPP Thành phố Quảng Ngãi

Khu vực Thành phố Quảng Ngãi có tất cả 23 xuất tuyến đường dây trung áp 22kV, các xuất tuyến này

có khả năng khép vòng, hỗ trợ liên lạc qua lại lẫn nhau khi cần thiết

Các thiết bị đóng cắt trên lưới điện phân phối được đầu tư cơ bản, đáp ứng yêu cầu công tác vận hành, tuy nhiên một số vị trí lắp đặt thiết bị đóng cắt chưa hợp lý, dẫn đến tình trạng phạm vi mất điện rộng khi có tình huống sự cố, cắt điện bảo dưỡng Nhiều vị trí còn bố trí thiết bị đóng cắt tại điểm hở là các dao cách ly

do vậy chưa thể đóng cắt có tải phục vụ việc đóng liên lạc khi có điện

Bảng 1.6 - Tình hình thực hiện các chỉ số ĐTCCCĐ TP Quảng Ngãi năm 2017

Điện lực

MAIFI (lần/khách hàng)

SAIDI (phút/khách hàng)

SAIFI (lần/khách hàng)

Kế hoạch

Thực hiện

Thực hiện

Tăng(+)/ Giảm(-)

TP Quảng

Ngãi 0.51 0.39 -23.6 1,255 958.69 -23.6 11.22 10.11 -9.9 Sơn Tịnh 0.52 0.27 -48.6 1,296 1,311 1.2 11.55 7.96 -31.1

1.3.2 Xu thế phát triển tự động hóa LĐPP

- Lưới điện phân phối Quảng Ngãi đang phát triển và hiện đại hóa không ngừng do các thiết bị điện tử thông minh (IEDs) ra đời phục vụ cho việc điều khiển đóng/cắt, thu thập dữ liệu từ xa cho các thiết bị như RMU, LBS, Recloser

1.3.3 Các mô hình triển khai tự động hóa LĐPP

Ngày nay, tự động hóa lưới phân phối trong lĩnh vực rơle có hai xu hướng đang được ứng dụng phổ biến, đó là:

- Hệ thống tự động hóa tập trung (Centralizel Automation)

- Hệ thống tự động hóa phân tán (Decentralizel Automation)

Chương 2 QUY TRÌNH GIẢI PHÁP DAS VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP PHỐI HỢP BẢO VỆ

TRONG TỰ ĐỘNG HÓA LĐPP

2.1 Giới thiệu chung về hệ thống tự động hóa lưới điện phân phối (LĐPP)

Hệ thống tự động hóa LĐPP (DAS) là hệ thống tự động kiểm soát chế độ làm việc của LĐPP nhằm phát hiện phần tử bị sự cố tách ra khỏi vận hành đồng thời phục hồi việc cấp điện cho phần tử không bị sự cố đảm bảo cung cấp điện liên tục DAS được áp dụng khá phổ biến ở các nước phát triển, đặc biệt là Nhật Bản và một số nước khác cho phép nâng cao cơ bản độ tin cậy cung cấp điện, giảm thiểu thời gian mất điện do sự cố ở mạng phân phối

Đối với hệ thống tự động hóa lưới phân phối, việc giám sát và điều khiển từ xa các trạm phân phối thứ cấp là vấn đề chủ chốt Chính vì thế, việc trao đổi thông tin giữa các thành phần và hệ thống quản lý phân phối (DMS) dựa trên các giao thức phổ biến và được bảo mật Quan điểm của truyền tin

là phải linh động bởi các công nghệ và môi trường truyền tin khác nhau để phù hợp với các điều kiện địa lý và hạ tầng

2.2 Quy trình giải pháp công nghệ DAS cho LĐPP

2.2.1 Phối hợp giữa các thiết bị tự đóng lại (recloser) phân đoạn

Đối với các lưới điện mạch vòng hoặc được cấp điện từ nhiều nguồn việc sử dụng các recloser phân đoạn có thể thực hiện tự động hóa mạch vòng, cô lập phân đoạn sự cố và tái cấu trúc mạng điện theo các nguyên tắc sau:

- Nguyên tắc 1: Recloser sẽ khóa sau số lần đã được cài đặt đóng lặp lại nhưng không thành công

- Nguyên tắc 2: FR sẽ cắt khi bị mất nguồn

- Nguyên tắc 3: MR sẽ tự động chuyển nhóm bảo vệ và chế độ đóng cắt lại một lần trong khoảng thời gian ngắn sau khi bị mất nguồn

- Nguyên tắc 4: TR sẽ tự động chuyển nhóm bảo vệ và đóng lại một lần trong khoảng thời gian ngắn khi một phía mất nguồn và một phía có nguồn

- Nguyên tắc 5: FR sẽ đóng lại khi nó nhận thấy nguồn được cung cấp trở lại sau khi nó cắt ra hoặc khi nó nhận thấy có nguồn từ cả hai phía

- Nguyên tắc 6: MR sẽ đóng hoặc khôi phục lại nhóm bảo vệ ban đầu khi nhận thấy có nguồn

của các thiết bị đóng cắt, số lần đóng lập lại các recloser về trung tâm điều khiển qua hệ thống SCADA

Lúc này recloser Mid Recloser (ARM) nối giữa 2 nguồn TBA1 và TBA2 sẽ thực hiện tự động phối hợp đóng cấp điện cho phân đoạn (LBS3 - ARM) Nhân viên điều hành lưới điện căn cứ vào các

số liệu trên màn hình SCADA như tình trạng thiết bị điện, số lần đóng cắt các recloser, phán đoán phân đoạn bị sự cố và đưa ra phương thức vận hành tối ưu triển khai thực hiện đóng lại LBS3 từ xa để cấp điện cho phân đoạn (LBS2 - LBS3) không bị sự cố Thông báo cho đơn vị quản lý lưới điện kiểm tra và sửa chữa khắc phục sự cố trên phân đoạn LBS1 -LBS2

a Nguyên tắc đếm xung đóng cắt của dao cách ly, dao cắt có tải

- Nguyên tắc đếm xung dòng ngắn mạch của dao cách ly hoặc dao cắt có tải:

Máy biến dòng thường được sử dụng là biến dòng chân sứ lắp đặt sẵn trong các dao cách ly hoặc dao cắt có tải, tuy nhiên cũng có thể sử dụng biến dòng lắp đặt bên ngoài

Khi dòng điện qua máy biến dòng vượt quá giá trị cài đặt trước (thường lấy bằng 80% dòng khởi động của recloser), rơle số sẽ ghi nhận tín hiệu và đếm một xung dòng.Dao cách ly, dao cắt có tải tác động khi giá trị xung này vượt quá giá trị cài đặt

Ta có thể đặt cho rơle số tác động theo một, hai hay ba lần đếm xung Khi số xung mà rơle đếm được bằng với số lần đã đặt trước trong rơle thì nó sẽ tác động và bộ điều khiển sẽ tác động cắt dao cách ly, dao cắt có tải (mở tiếp điểm)

b Nguyên tắc đếm xung điện áp của các dao cách ly hoặc dao cắt có tải:

Máy biến điện áp thường được sử dụng là biến điện áp kiểu tụ được lắp đặt sẵn trong các dao cách ly hoặc dao cắt có tải, tuy nhiên cũng có thể sử dụng biến điện áp lắp đặt bên ngoài

Khi điện áp đặt lên dao cách ly, dao cắt có tải thay đổi từ Uđm ÷ 0 rơle số sẽ ghi nhận tín hiệu

và đếm một xung Dao cách ly, dao cắt có tải tác động khi giá trị xung này vượt quá giá trị cài đặt Tương tự như trên ta có thể đặt cho rơle số tác động theo một, hai hay ba lần đếm xung Khi số xung mà rơle đếm được bằng với số lần đã đặt trước trong rơle, thì nó sẽ tác động và bộ điều khiển sẽ tác động cắt dao cách ly, dao cắt có tải (mở tiếp điểm)

Khi điện áp đặt lên dao cách ly hoặc dao cắt có tải ở trạng thái bình thường và duy trì quá thời gian t cài đặt trước, rơle số sẽ khôi phục trạng thái ban đầu

2.2.3 Phối hợp giữa thiết bị tự đóng lại (recloser) với dao cách ly phân đoạn tự động

(Sectionalizer)

Đặc điểm dao cách ly phân đoạn tự động là một thiết bị cắt mạch điện với dòng tải nhỏ hơn hoặc bằng dòng điện định mức và có khả năng đóng mạch điện với dòng ngắn mạch nhỏ hơn dòng ngắn mạch định mức Nói cách khác: dao cách ly phân đoạn tự động có khả năng đóng dòng ngắn mạch chứ không cắt được dòng ngắn mạch, do đó có giá thành thường đắt hơn dao cắt có tải và rẻ hơn recloser

Để tự động phân đoạn và cách ly các điểm bị sự cố, các dao cách ly phân đoạn tự động được trang bị hệ thống điều khiển bằng điện và có khả năng làm việc theo một chương trình lập sẵn

2.3 Các phương pháp phối hợp bảo vệ trong LĐPP

2.3.1 Phối hợp bảo vệ giữa rơle và recloser

Đối với những rơle cơ thế hệ cũ việc phối hợp tương đối phức tạp do mỗi khi sự cố xảy ra thì chúng có hệ số trở về của đĩa quay Do đó khi phối hợp recloser với rơle điện cơ ta phải chú ý cộng tất cả các khoảng thời gian tích lũy sai số cho rơle khi recloser tác động nhiều lần

2.3.2 Phối hợp bảo vệ giữa rơle và rơle

Hiện nay, người ta có xu hướng sử dụng rơle quá dòng với đặc tính phụ thuộc như một bảo vệ thông thường thay thế cho rơle với đặc tính độc lập, vì nó không tương ứng với khả năng chịu dòng của đối tượng được bảo vệ Điều này có nghĩa: Khi dòng ngắn mạch thay đổi trong một phạm vi rộng thì rơle lại cắt sự cố với một thời gian như nhau Với dòng ngắn mạch lớn qua đối tượng bảo vệ thì rơle vẫn chưa tác động, trong khi với dòng ngắn mạch nhỏ rơle lại cắt quá sớm gây gián đoạn chế độ làm việc liên tục của đối tượng bảo vệ

Nguyên tắc phối hợp giữa 2 rơle liền kề

Để phối hợp tốt các rơle quá dòng liền kề với đặc tuyến phụ thuộc, ta cần phải thực hiện các nguyên tắc cơ bản sau:

- Đặc tuyến bảo vệ phải nằm dưới và có độ nghiêng càng gần với đặc tuyến chịu dòng an toàn của đối tượng bảo vệ càng tốt Sử dụng các bảo vệ liền kề có độ dốc của đặc tuyến gần giống nhau

- Các bảo vệ càng xa nguồn càng có giá trị đặt dòng nhỏ hơn so với các bảo vệ gần nguồn

- Chọn thời gian đặt phải thực hiện sao cho rơle sẽ tác động với thời gian nhỏ nhất tại điểm cuối đường dây

- Khi có ngắn mạch tại các điểm chuyển tiếp giữa 2 bảo vệ liền kề, thời gian tác động của 2 bảo

vệ lân cận cần phải khác biệt nhau một khoảng thời gian ít nhất là bằng độ phân cấp thời gian xác định trong chế độ cực đại của hệ thống

2.3.3 Phối hợp máy cắt kết hợp tự đóng lại với cầu chì

Phối hợp giữa máy cắt tự đóng lại (Rec) và cầu chì bằng phương pháp dựa trên các đặc tính T-C

đã được điều chỉnh bằng hệ số nhân Phương pháp này sẽ được nêu chi tiết trong các mục dưới đây Cầu chì phía nguồn (phía cao) bảo vệ cho MBA sẽ là phần tử cơ bản trong việc chọn đặc tuyến của Rec Sau khi chọn đặc tuyến của Rec để phối hợp với cầu chì đầu nguồn thì cầu chì phụ tải mới được chọn để phối hợp với Rec

Chương 3 GIẢI PHÁP TỰ ĐỘNG HÓA MẠCH VÒNG CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI

THÀNH PHỐ QUẢNG NGÃI

3.1 Đánh giá hiện trạng về LĐPP Thành phố Quảng Ngãi

a Nguồn cung cấp:

- Từ trạm biến áp 110kV - E16 Quảng Ngãi : 25 x 40 MVA

- Từ trạm biến áp 110kV -E17 Tịnh Phong: 40 x40 MVA

b Lưới điện phân phối:

Cấu trúc của lưới phân phối 22kV trên địa bàn thành phố Quảng Ngãi là 3 pha 3 dây, trung tính nối đất trực tiếp tại đầu nguồn phía 22kV của máy biến áp 110/22kV, chế độ vận hành bình thường là vận hành hở, hình tia hoặc dạng xương cá Để tăng cường độ tin cậy cung cấp điện, các xuất tuyến 22kV liên lạc với nhau tại các điểm mở bằng dao cách ly, dao cách ly có tải hoặc recloser tạo nên cấu trúc mạch vòng vận hành hở, các mạch vòng chủ yếu để phục vụ chuyển tải cấp điện khi cắt điện công tác hoặc xử lý sự cố

3.2 Đặc điểm hiện trạng và giải pháp mạch vòng xuất tuyến 476-E17 và 475-E16

3.2.1 Đặc điểm hiện trạng

Xuất tuyến 476-E17 cấp điện cho các phụ tải khu vực trung tâm thị trấn Sơn Tịnh, bắc cầu Trà Khúc các khu hành chính sự nghiệp và các hộ sản xuất kinh doanh nhỏ lẻ Đây là xuất tuyến chính cấp cho khu vực trung tâm phía bắc Thành Phố Quảng Ngãi Chiều dài trục chính là 5,992 km, dây dẫn sử dụng dây nhôm A/XLPE-185mm2 Toàn xuất tuyến có 46 trạm biến áp với tổng dung lượng 18.545 kVA Công suất cao điểm khoảng 5,0 MW Trục chính có lắp đặt 01 bộ recloser phân đoạn tại vị trí 476-E17/61 Tại các nhánh rẽ

và đầu trạm biến áp đều có lắp FCO loại không có buồng dập hồ quang để bảo vệ

Xuất tuyến 475-E16 cấp điện chủ yếu cho các phụ tải đường Hai Bà Trưng,Khu đê bao, phụ tải sinh hoạt và một số khách hàng lớn thuộc khu vực Trung tâm thành phố Quảng Ngãi Chiều dài trục chính là 3,142 km, dây dẫn sử dụng loại dây nhôm A/XLPE -185mm2 Toàn xuất tuyến có 37 trạm biến áp với tổng dung lượng 13.730 kVA Công suất cao điểm khoảng 4,8 MW Trục chính có lắp đặt 01 bộ recloser phân đoạn tại vị trí 475-E16/03 Tại các nhánh rẽ và đầu trạm biến áp đều có lắp FCO loại không có buồng dập hồ quang để bảo vệ

Trong phương thức vận hành cơ bản, xuất tuyến 475-E16 và 476-E17 cấp điện đến vị trí cầu dao liên lạc 475-E16-476-E17/44 (mạch vòng vận hành hở) Sơ đồ phương thức cấp điện cơ bản

Nhận xét: Qua phân tích đánh giá tình trạng vận hành của mạch vòng hiện trạng ta có nhận xét sau:

- Nhược điểm của mạch vòng này là khi xảy ra sự cố đầu nguồn trên một trong hai xuất tuyến, việc thao tác đóng cắt các dao cách ly để hỗ trợ liên lạc phải thực hiện bằng tay, ảnh hưởng đến thời gian mất điện