Nghiên cứu giải pháp cải thiện chất lượng điện áp cho khu vực chế biến sản phẩm cây công nghiệp của huyện phú lương, tỉnh thái nguyên

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan công trình nghiên cứu này là của tôi.. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công

Trang 1

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KÝ THUẬT CÔNG NGHIỆP

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

KHOA CHUYÊN MÔN

TRƯỞNG KHOA

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PHGS.TS HOÀNG NHƯ HIỂN PHÒNG ĐÀO TẠO

THÁI NGUYÊN 2019

Trang 2

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan công trình nghiên cứu này là của tôi Các số liệu và kết quả được nêu trong luận văn là trung thực và chưa được công bố trong công trình khác

Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới các tác giả của các công trình nghiên cứu, các tác giả của các tài liệu mà tôi trích dẫn, tham khảo để hoàn thành luận văn này

Ngày 10 tháng 05 năm 2019 Tác giả luận văn

Hoàng Xuân Mạnh

Trang 3

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến Thầy giáo: Phó giáo sư, Tiến sĩ

Nguyễn Như Hiển

Với tinh thần trách nhiệm cao, với sự tâm huyết của Thầy đối với sự nghiệp giáo dục, sự nghiệp công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước Trong suốt thời gian thực hiện luận văn, tôi luôn nhận được những lời chỉ bảo, quan tâm, động viên, giúp đỡ của Thầy để tôi có thể hoàn thành bản luận văn này

Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo trong Bộ môn Hệ Thống Điện - trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên đã giúp đỡ,

tạo điều kiện thuận lợi trong thời gian tác giả thực hiện luận văn

Mặc dù đã cố gắng rất nhiều trong việc nghiên cứu, học hỏi nhưng vì thời gian có hạn, vấn đề nghiên cứu khá phức tạp nên bản luận văn này không tránh khỏi thiếu sót Tác giả mong muốn nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy giáo, cô giáo và các bạn đồng nghiệp

Xin chân thành cảm ơn !

Tác giả luận văn

Hoàng Xuân Mạnh

Trang 4

MỤC LỤC

Trang Lời cam đoan

Lời cảm ơn

Danh mục các hình vẽ, bảng biểu và chữ viết tắt

MỞ ĐẦU 1

Chương I: Tổng quan về lưới điện Phú Lương 6

1.1 Phân tích về nhu cầu cung cấp điện năng 6

1.2 Đặc điểm lưới điện phân phối huyện Phú Lương 7

1.3 Một số trạm điển hình về tổn thất và chất lượng điện áp không ổn định thuộc đường 471E6.6 8

1.3.1 Phú Nam 1 MBA 250KVA 8

1.32 TBA Phú Nam 2 MBA 180KVA 11

1.3.3TBA Khe Vàng MBA 250KVA 15

1.3.4 TBA Đồng Tiến MBA 180KVA 19

1.3.5 TBA Đồng Chùa MBA 320KVA 22

1.3.6 TBA Cao Sơn 1 MBA 560 KVA 26

1.3.7 TBA Xóm 678 MBA 560 KVA 27

1.4 Kết luận chương 1 28

Chương II: Các chỉ tiêu đánh giá về chất lượng điện áp và giải pháp nâng cao chất lượng điện áp của nguồn điện 29

2.1.Các chỉ tiêu chất lượng điện áp nguồn cung cấp 29

2.1.1 Độ lệch điện áp 29

2.1.2 Độ dao động điện áp 31

Trang 5

2.1.3 Độ không sin của điện áp 31

2.1.4 Độ đối xứng của điện áp 32

2.2 Các phương pháp đánh giá chất lượng điện áp 33

2.2.1 Đánh giá chất lượng điện áp theo theo độ lệch điện áp 33

2.2.2 Đánh giá độ đối xứng của điện áp 40

2.2.3 Đánh giá mức độ hình sin 42

2.3 Các biện pháp nâng cao chất lượng điện áp 42

2.3.1 Các biện pháp chung 42

2.3.2 Nâng cao chất lượng điện áp bằng điều chỉnh điện áp 44

2.3.3 Các phương pháp điều chỉnh điện áp 46

2.3.4 Các thiết bị điều chỉnh điện áp 49

2.3.5 Các biện pháp nâng cao chất lượng điện áp 50

2.4 Kết luận chương 2 54

Chương III: Nghiên cứu ứng dụng bù công suất cho TBA 560 KVA Cao Sơn, xóm 678 55

3.1 Ý nghĩa thực tiễn của hệ số công suất 55

3.1.1 Giảm giá thành tiền điện 55

3.1.2 Tối ưu hoá kinh tế - kỹ thuật 55

3.2 Các biện pháp để nâng cao hệ số cosφ 56

3.2.1 Nâng cao hệ số công suất cosφ tự nhiên 56

3.2.2 Dùng phương pháp bù công suất phản kháng để 58

nâng cao hệ số công suất cosφ 3.3 Thu thập, xử lý số liệu và đánh giá chất lượng điện áp 63

3.3.1 Thu thập số liệu 63

3.3.2 Đánh gía chất lượng điện áp 63

3.4 Thiết kế chi tiết hệ thống điều khiển cho hệ thống bù 65

3.4.1 Tính toán, lựa chọn các thiết bị trong tủ bù cos𝝋 65

3.4.2 Hướng dẫn sử dụng 70

3.4.3 Các thông số cài đặt 73

Trang 6

3.5 Kết luận chương 3 78 Kết luận và kiến nghị 83

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Trần Bách (2007): Lưới điện và hệ thống điện; NXB Kho học và kỹ thuật

Hà Nội

[2] Công ty điện lực Thái Nguyên – Điện lực Phú Lương: Báo cáo công tác sản xuất kinh doanh năm 2017

[3] Bộ Công Thương: Quy định ký thuật điện nông thôn 2006

[4] Hồ Văn Hiến: Hệ thống truyền tải và phân phối điện NXB ĐHQG TP Hồ Chí Minh, 2010

[5] A.S Pabla: Electric Power Distribution, 1997

Trang 7

DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang

Bảng 1.1: Số liệu điện thương phẩm các năm giai đoạn 2013 – 2018 6

Bảng 1.2: Số liệu thành phần phụ tải năm 2018 7

Bảng 1.3.1 – 1.3.7: Số liệu công suất tác dụng và công suất phản kháng của 1 số trạm biến áp điển hình 8

Bảng 2.1: Độ lệch điện áp cho phép ở chế độ làm việc bình thường 31

Bảng 3.1: Số liệu đo đếm tại thanh cái hạ áp của trạm 560kVA-35/0,4kV ứng với thời điểm cực đại và cực tiểu 63

Bảng 3.2: Số liệu đo đếm điện áp tại nguồn của trạm 560kVA-35/0,4kV ứng với thời điểm cực đại và cực tiểu 64

Bảng 3.3: Tụ điện bù cos φ điện áp 400[V] do DAE YEONG chế tạo 66

Bảng 3.4 : Chọn và kiểm tra Aptomat 66

Bảng 3.5: Aptomat hạ áp, dãy L do LG chế tạo 67

Bảng 3.6: Chọn máy biến dòng hạ áp 67

Bảng 3.7: Bảng tra hệ số C/K gần đúng 75

Bảng 3.8: Số liệu Công suất trung bình và Cos Φ TBA Xóm 678 78

Bảng 3.9: Số liệu Công suất trung bình và Cos Φ TBA Cao Sơn 1 80

Trang 8

DANH MỤC HÌNH VẼ

Trang Hình 3.1 Hiển thị và các phím chức năng bộ điều khiển tụ bù Mikro 69 Hình 3.2 Hoạt động của bộ PFR 72

Trang 9

No Công tơ – Mã hiệu của công tơ

KCN – Khu công nghiệp

Trang 10

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu được lựa chọn

Tình hình cung cấp điện và chất lượng điện áp của huyện Phú Lương: Trên địa bàn huyện Phú Lương hiện có 5 đường dây trung thế, trong đó 2 đường dây 35KV là đường 371E6.6, 373E6.6, và 4 đường dây 22KV là 471E6.6, 473E6.6, 474E6.2 Theo số liệu của năm 2017 và lũy kế 06 tháng đầu năm 2018

về tổn thất của các đường dây trung thế như sau:

Đường dây

Tỷ lệ tổn thất (%)

371 E6.6

373 E6.6

471 E6.6

473 E6.6

474 E6.2

Trang 11

1 là 170 V, Phú Nam 2 là 173V, Đồng Chùa 162V có lúc cao điểm tại cuối nguồn TBA Đồng Chùa điện áp còn dưới 160V

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài:

- Nghiên cứu các chỉ tiêu yêu cầu về chất lượng điện áp, các tiêu chuẩn đánh giá về chất lượng điện áp;

- Nghiên cứu các giải pháp nâng cao chất lượng điện áp và lựa chọn giải pháp ứng dụng phù hợp;

- Nghiên cứu các thiết kế kỹ thuật cho giải pháp cải thiện chất lượng điện

áp đã lựa chọn

3 Dự kiến kết quả đạt được:

- Có các thiết kế kỹ thuật cho giải pháp cải thiện chất lượng điện áp đã lựa chọn;

- Đánh giá được chất lượng điện áp sau khi sử dụng giải pháp cải thiện chất lượng điện áp trên

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận văn:

- Lựa chọn khu vực cung cấp điện năng trọng điểm của huyện Phú Lương

về trồng, chế biến cây công nghiệp có giá trị kinh tế cao, đặc biệt là các sản phẩm

để xuất khẩu;

- Đi sâu vào một số giải pháp về đảm bảo điện áp cung cấp cho các phụ tải yêu cầu

5 Các công cụ, thiết bị nghiên cứu:

- Các phần mềm chuyên dụng liên quan đến ngành kỹ thuật điện, kỹ thuật điều khiển và tự động hóa;

- Các thiết bị thực tiễn phù hợp để phục vụ cho giải pháp cải thiện chất lượng điện năng cho khu vực trọng điểm của huyện Phú Lương về trồng, chế biến cây công nghiệp có giá trị kinh tế cao, đặc biệt là các sản phẩm để xuất khẩu

Trang 12

6 Bố cục của đề tài:

Luận văn sẽ được bố cục thành ba chương dự kiến như sau:

Phần mở đầu của luận văn;

Chương 1: Tổng quan chung về các vấn đề cần nghiên cứu của luận văn, đi sâu nghiên cứu về số liệu các trạm biến áp và đánh giá sơ bộ chất lượng điện năng của khu vực;

Chương 2: Nghiên cứu các giải pháp để nâng cao chất lượng điện áp, trên

cơ sở đó lựa chọn được giải pháp phù hợp để cải thiện chất lượng điện áp cho khu vực trọng điểm của huyện Phú Lương về trồng, chế biến cây công nghiệp có giá trị kinh tế cao, đặc biệt là các sản phẩm để xuất khẩu;

Chương 3: Các thiết kế kỹ thuật cho giải pháp để cải thiện chất lượng điện

áp và các thiết bị thực tiễn sử dụng để cải thiện chất lượng điện áp;

Phần kết luận và kiến nghị

7 Tầm quan trọng của chất lượng điện năng

Trong các hệ thống truyền tải lý tưởng, dạng sóng của điện áp và dòng điện

là hình sin và biên độ điện áp không đổi theo thời gian Tuy nhiên, do trở kháng của lưới điện, hầu hết các loại tải đều gặp phải những hiện tượng bất thường như: điện áp tăng vọt, mất điện cục bộ Nếu chất lượng điện năng của lưới điện tốt thì loại tải nào cũng có thể chạy ổn định và hiệu quả như mong muốn Giá thành lắp đặt thấp và lượng khí thải nhà kính không cao

Như vậy, chất lượng điện là những vấn đề liên quan đến điện áp, dòng điện, tần số làm cho các thiết bị điện vận hành không bình thường hoặc bị hư hỏng Chính vì, chất lượng điện ảnh hưởng trực tiếp đến các quá trình sản xuất hiện đại; Chất lượng điện năng ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình vận hành và tuổi đời của thiết bị; Chất lượng điện năng luôn là mối quan tâm hàng đầu của các nhà sản xuất thiết bị; Yêu cầu cung cấp cho khách hàng chất lượng điện cao nhất là mục tiêu của các điện lực; Mối quan tâm của xã hội đến chất lượng điện ngày càng được nâng cao Chất lượng điện là sự quan tâm của mọi bên, từ các điện lực, khách hàng cho đến các nhà sản xuất, chế tạo thiết bị và của xã hội

Trang 13

8 Cơ sở pháp lý

Các tiêu chuẩn về chất lượng điện năng đã được quy định như sau:

8.1 Tiêu chuẩn IEEE 519-1992 về sóng hài dòng & áp

8.2 Thông tư 39 của Bộ Công Thương

Ngày 18/11/2015 Bộ Công Thương có ban hành thông tư 32 về việc quy định hệ thông điện truyền tải trong đó có yêu cầu chi tiết về các thông số điện năng như sau:

* Khách hàng: không được vượt quá ±5%

* Nhà máy điện: không được vượt quá +10% và -5%

+ Trong điều kiện sự cố đơn lẻ, độ dao động cho phép là +5% và -10% + Trong điều kiện sự cố nghiêm trọng, độ dao động cho phép là ±10%

- Tần số

Tần số định mức là 50Hz, dao động tần số cho phép so với tần số định mức như sau:

+ Trong điều kiện bình thường, dao động cho phép là ±2%

+ Trong điều kiện hệ thống chưa ổn định, dao động cho phép là ±5%

Trang 14

- Nhấp nháy điện áp

Mức nhấp nháy điện áp theo tiêu chuẩn như sau

Trang 15

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN PHÚ LƯƠNG

1.1 Phân tích về nhu cầu cung cấp điện năng:

Phú Lương là một huyện miền núi của tỉnh Thái Nguyên, có nhiều lợi thế đểphát triển một nền kinh tế đa dạng Cách thành phố Thái Nguyên 22km về phía tây bắc với hệ thống đường giao thông thuận lợi, Phú Lương có tiềm năng là một thị trường lớn về cung cấp và tiêu thụ

Huyện Phú Lương có 15 đơn vị hành chính cấp xã gồm 2 thị trấn: Đu , Giang Tiên và 13 xã: Cổ Lũng, Động Đạt, Hợp Thành, Ôn Lương, Phấn

Mễ, Phú Đô, Phủ Lý, Tức Tranh, Vô Tranh, Yên Đổ, Yên Lạc, Yên Ninh, Yên Trạch

Trong những năm qua nhu cầu về điện năng để phục vụ cho nhu cầu phát triển kinh tế – xã hội, phục vụ mục đích chính trị, bảo đảm an ninh – quốc phòng của huyện Phú Lương luôn tăng trưởng với tốc độ khá cao, số liệu tăng trưởng về trong giai đoạn 2013 – 2018 như sau:

Năm Điện thương phẩm (kWh) Tốc độ tăng trưởng

Trang 16

Bảng 1.1 Trong đó điện cho các thành phần phụ tải theo số liệu báo cáo kinh doanh năm 2018 như sau:

Năm 2018

STT Thành phần phụ tải Sản lượng (kWh) Tỷ trọng (%)

- Nhu cầu về điện để phục vụ cho mục đích nông, lâm nghiệp, thủy sản có

tỷ trọng nhỏ chiếm khoảng trên, dưới 3% tổng sản lượng hàng năm

- Nhu cầu về điện để phục vụ cho thành phần phụ tải Công nghiệp, xây dựng chiếm khoảng trên 45% tổng sản lượng hàng năm Chủ yêu cho sử dụng cho nhu cầu khai thác mỏ, sản xuất vật liệu xây dựng và sản xuất lâm sản

- Nhu cầu về điện để phục vụ cho mục đích Thương nghiệp, khách sạn, nhà hàng có tỷ trọng chiếm khoảng trên dưới 3% tổng sản lượng hàng năm

- Nhu cầu về điện để phục vụ cho mục đích Quản lý, tiêu dùng có tỷ trọng chiếm khoảng trên 45 % tổng sản lượng hàng năm

- Nhu cầu về điện để phục vụ cho Hoạt động khác có tỷ trọng chiếm khoảng trên 2% tổng sản lượng hàng năm

1.2 Đặc điểm lưới điện phân phối huyện Phú Lương

Nguồn cấp điện chính cho lưới phân phối huyện Phú Lương là từ thanh cái phía trung áp của trạm 110kV Phú Lương E6.6

Trang 17

Lưới điện phân phối của huyện Phú Lương gồm 2 phần: Lưới phân phối trung áp và lưới phân phối hạ áp Lưới phân phối trung áp có cấp điện áp 22, 35kV phân phối điện cho các trạm phân phối trung áp / hạ áp và các phụ tải tiêu thụ Lưới phân phối hạ áp cấp điện cho các phụ tải hạ áp 380/220V Lưới phân phối của huyện Phú Lương phân bố trên diện rộng, thường vận hành không đối xứng và có tổn thất khá lớn Lưới điện phân phối huyện Phú Lương có cấu trúc hình tia hoặc có cầu dao liên thông mạch vòng kín cấp điện từ trạm E6.4 nhưng vận hành hở Khi sự cố phần lưới phân phối sau máy cắt gần điểm sự cố nhất về phía nguồn bị cắt điện, sau khi cô lập đoạn lưới sự cố, phần còn lại sẽ được đóng điện tiếp tục vận hành Phụ tải đặc biệt cần độ tin cậy cao được dự phòng riêng bằng đường dây trung áp hay hạ áp khác

Trong đó tổn thất cao, chất lượng điện áp không ổn định tập trung chủ yếu tại lưới phân phối hạ thế thuộc đường 471E6.6

Đây là khu vực chủ yếu phục vụ bán lẻ, cũng là khu vực tập trung về sản xuất cây công nghiệp tiêu biểu là cây chè, phân bổ đến từng hộ gia đình

1.3 Một số trạm điển hình về tổn thất và chất lượng điện áp không ổn định thuộc đường 471E6.6

1.3.1 Phú Nam 1 MBA 250KVA HSN (Hệ số nhân)

No Công tơ: 1732002786 – HSN 50 - Ti: 250/5

Trang 18

Trang 19

Trang 20

Trang 21

1.32 TBA Phú Nam 2 MBA 180KVA

No Công tơ: 1732009098 - HSN: 40 - Ti: 200/5

Trang 22

Trang 23

Trang 24

1.3.3.TBA Khe Vàng MBA 250KVA

No Công tơ: 1732013090 - HSN: 50.00 - Ti: 250/5

1 02/01/2019 23:00:00 0.67 0.21

Trang 25

Trang 26

Trang 27

Trang 28

1.3.4 TBA Đồng Tiến MBA 180KVA

No Công tơ: 1732011197 - HSN: 20 - Ti: 200/5

STT Thời điểm P giao (kW) Q giao (kVar)

Trang 29

Trang 30

Trang 31

Trang 32

96 31/12/2018 23:30:00 0.65 0.25

1.3.5 TBA Đồng Chùa MBA 320KVA

No Công tơ: 1732011155 - HSN: 60.00 - Ti: 300/5

Trang 33

Trang 34

Trang 35

1.3.6 TBA Cao Sơn 1 MBA 560 KVA

No Công tơ: 1732001087 - HSN: 120.00 - Ti: 600/5

Trang 36

1.3.7 TBA Xóm 678 MBA 560 KVA

No Công tơ: 1732009245 - HSN: 120.00 - Ti: 600/5

Trang 37

Trang 38

để đảm bảo cung cấp điện cho các nhu cầu phát triển kinh tế – xã hội, phục vụ mục đích chính trị, bảo đảm an ninh – quốc phòng của địa phương Đồng thời, là mục tiêu giảm tổn thất điện năng của Điện lực Phú Lương đến năm 2020 thực hiện theo chỉ tiêu giao của công ty Điện lực Thái Nguyên

CHƯƠNG 2 CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ VỀ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN ÁP

VÀ GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỆN ÁP

CỦA NGUỒN ĐIỆN

Trang 39

2.1 Các chỉ tiêu chất lượng điện áp nguồn cung cấp

Chất lượng điện áp của nguồn điện cung cấp được đánh giá qua hai chỉ tiêu chính là tần số và điện áp Trong đó, điện áp mang tính chất cục bộ, còn tần số mang tính hệ thống Tần số đạt giá trị định mức khi có sự cân bằng công suất tác dụng phát ra với công suất tác dụng của phụ tải Điện áp đạt giá trị định mức khi

có sự cân bằng công suất phản kháng phát ra với công suất phản kháng của phụ tải Chất lượng điện áp được đánh giá qua bốn chỉ tiêu

2.1.1 Độ lệch điện áp

Điện áp đạt giá trị định mức khi công suất phản kháng phát ra cân bằng với công suất phản kháng của phụ tải Giá trị điện áp tại một điểm nào đó trong hệ thống điện phụ thuộc vào khoảng cách từ nguồn đến điểm đó, tình trạng của phụ tải và việc nâng cao điện áp tại nguồn và cỏc mỏy biến áp, vì vậy tại một điểm trong hệ thống điện luôn tồn tại độ lệch điện áp, độ lệch điện áp được biểu thị dưới dạng:

- Độ lệch điện áp tuyệt đối:

Độ lệch điện áp tuyệt đối là độ chênh lệch giữa điện áp thực tế đo tại một điểm so với giá trị định mức, được xác định như sau:

U = U - U đm [V] (2.1) Trong đó:

U: Độ lệch điện áp tại điểm khảo sát, [V]

U: Điện áp thực tế đo được, [V]

Trang 40

Trong đó:

Uj : Độ lệch điện áp tuyệt đối tại điểm j, [V]

V n: Độ lệch điện áp tại đầu nguồn, [V]

E j: Độ gia tăng điện áp tại MBA thứ j từ nguồn đến điểm khảo sát, [V]

∆U j: Hao tổn điện áp trên đoạn dây thứ j từ nguồn đến điểm khảo sát, [V]

- Độ lệch điện áp tương đối

Độ lệch điện áp tương đối là độ lệch điện áp tuyệt đối tính theo phần trăm

so với giá trị định mức, được xác định:

dm td

U td: Độ lệch điện áp tương đối tại điểm khảo sát, [%]

U: Điện áp thực tế tại điểm đó, [V]

U dm: Điện áp định mức tại điểm cần xác định độ lệch điện áp, [V]

Chỉ tiêu độ lệch điện áp thỏa mãn khi nằm trong giới hạn cho phép Mỗi khu vực, mỗi quốc gia đưa ra các tiêu chuẩn khác nhau về giá trị độ lệch điện áp cho phép Theo tiêu chuẩn Việt Nam, tiêu chuẩn độ lệch điện áp cho phép đối với từng loại thụ điện khác nhau là khác nhau, ở chế độ làm việc bình thường được quy định như sau:

Bảng 2.1: Độ lệch điện áp cho phép ở chế độ làm việc bình thường

STT Hộ tiêu thụ điện Giới hạn dưới V - cp Giới hạn trên V + cp

Định dạng
Số trang	94
Dung lượng	1,98 MB