Tính toán lựa chọn cấu trúc hợp lý của mạng điện địa phương

Tính toán lựa chọn cấu trúc hợp lý của mạng điện địa phương Tính toán lựa chọn cấu trúc hợp lý của mạng điện địa phương Tính toán lựa chọn cấu trúc hợp lý của mạng điện địa phương luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

TÍNH TOÁN LỰA CHỌN CẤU TRÚC HỢP LÝ

CỦA MẠNG ĐIỆN ĐỊA PHƯƠNG

NGUYỄN NGỌC TUẤN

Hà Nội

LU ẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

TÍNH TOÁN LỰA CHỌN CẤU TRÚC HỢP LÝ

CỦA MẠNG ĐIỆN ĐỊA PHƯƠNG

MỤC LỤC

Trang Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt

Danh mục các bảng

Danh mục các hình vẽ, đồ thị

Mở đầu 1

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ MẠNG ĐIỆN ĐỊA PHƯƠNG VÀ CẤU TRÚC LƯỚI ĐIỆN ĐỊA PHƯƠNG 1.1 Giới thiệu chung 4

1.2 Mục đích sử dụng điện ở mạng điện địa phương 5

1.3 Các đặc điểm phụ tải địa phương 6

1.3.1 Đối với khu vực nông thôn 6

1.3.2 Đối với khu vực đô thị 8

1.4 Các đặc điểm lưới điện địa phương 9

1.4.1 Hiện trạng lưới trung áp … 9

1.4.2 Điện áp và dòng điện 10

1.4.3 Kết cấu lưới điện 11

1.4.3.1 Lưới điện 35 kV 11

1.4.3.2 Lưới điện 22 kV 12

1.4.3.3 Lưới điện (6, 10) kV 13

1.4.3.4 Lưới điện 380/220 V 14

1.4.4 Nhận xét 14

1.5 Kết luận 16

CHƯƠNG II MỘT SỐ DẠNG CẤU TRÚC, SƠ ĐỒ SỬ DỤNG TRONG MẠNG ĐIỆN ĐỊA PHƯƠNG 2.1 Đặt vấn đề 17

2.2 Một số dạng sơ đồ nối dây cơ bản 18

2.2.1 Sơ đồ nối dây dạng hình tia 18

2.2.2 Sơ đồ nối dây loại nối liên thông 19

2.2.3 Sơ đồ nối dây loại mạch vòng kín 20

2.2.4 Phạm vi sử dụng các loại sơ đồ nói trên 21

2.3 Sơ đồ lưới phân phối trung áp trên không 22

2.4 Lưới phân phối cáp trung áp 23

2.5 Sơ đồ hệ thống phân phối điện 25

2.6 Sơ đồ lưới phân phối hạ áp 26

2.7 Kết luận 27

CHƯƠNG III TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THAM SỐ TỐI ƯU CỦA MẠNG ĐIỆN ĐỊA PHƯƠNG 3.1 Xác định điểm phân công suất trong mạng kín 28

3.2 Phân đoạn đường dây trong mạng hình tia (cây) 31

3.2.1 Đường dây không phân nhánh 32

3.2.2 Đường dây phân nhánh 35

3.2.3 Chọn vị trí đặt của cơ cấu phân đoạn 35

3.3 Mật độ dòng điện kinh tế 37

3.4 Khoảng chia kinh tế của đường dây cao áp 42

3.5 Khoảng chia kinh tế của đường dây hạ áp 44

3.6 Xây dựng một số đường cong chi phí tính toán 45

3.7 Chọn cấp điện áp tối ưu 48

3.8 Kết luận 49

CHƯƠNG IV MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP TÌM VÀ LỰA CHỌN THÔNG SỐ, CẤU TRÚC HỢP LÝ CỦA LƯỚI ĐIỆN 4.1 Đặt bài toán xác định cấu trúc tối ưu lưới điện 50

4.2 Phương pháp nhánh và cận để xác định cấu trúc tối ưu của lưới điện 50

4.2.1 Xây dựng hàm mục tiêu 50

4.2.2 Thuật toán tìm cấu trúc tối ưu của lưới điện bằng phương pháp nhánh và cận 54

4.2.3 Xét bài toán tổng quát có n 1 nguồn và n 2 phụ tải 60

4.3 Phương pháp thu hẹp từng bước xác định cấu trúc tối ưu của lưới điện 64

4.3.1 Cơ sở toán học của phương pháp 64

4.3.2 Nhận xét 69

4.4 Xây dựng sơ đồ nối điện tối ưu 70

4.4.1 Phương pháp hệ số phương án 70

4.4.2 Phương pháp mở rộng từng bước 71

4.4.3 Ví dụ sơ đồ nối điện tối ưu theo phương pháp mở rộng từng bước 74

4.5 Lựa chọn thông số cấu trúc hợp lý bằng giản đồ khoảng chia kinh tế 77

4.5.1 Các giả thiết và quy ước chung cho bài toán 77

4.5.2 Tóm tắt bài toán lựa chọn thông số cấu trúc HTCCĐĐT 80

4.5.2.1 Nội dung bài toán 80

4.5.2.2 Các ràng buộc được xác lập trong tính toán 80

4.5.2.3 Sơ đồ khối các bước lựa chọn thông số cấu trúc HTCCĐĐT hợp lý 81

4.5.3 Tính toán lựa chọn thông số cấu trúc lưới điện hạ áp 82

4.5.4 Lựa chọn thông số cấu trúc LHA theo giản đồ khoảng chia kinh tế sử dụng hàm chi phí vòng đời 84

4.5.5 Lựa chọn cấu trúc hợp lý lưới điện trung áp trong HTCCĐĐT theo giản đồ khoảng chia kinh tế 89

4.6 Kết luận 90

CHƯƠNG V ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP HÌNH HỌC ĐỂ TÌM CẤU TRÚC HỢP LÝ CỦA MẠNG ĐIỆN ĐỊA PHƯƠNG 5.1 Đặt vấn đề 91

5.2 Tìm cấu trúc hợp lý của lưới điện phân phối bằng phương pháp hình học 91

5.2.1 Đặt bài toán 91

5.2.2 Cấu trúc lưới phân phối có xét tới ràng buộc về lãnh thổ 92

5.2.3 Xác định cấu trúc lưới phân phối có đường đi ngắn nhất bằng phương pháp hình học 97

5.2.4 Phương pháp hình học xác định cấu trúc lưới ngắn nhất có 4 điểm 99

5.2.5 Xác định cấu trúc lưới phân phối có chi phí quy dẫn cực tiểu bằng

phương pháp hình học 101

5.2.5.1 Cấu trúc của lưới cực tiểu chi phí quy dẫn có 3 điểm 101

5.2.5.2 Cấu trúc của lưới cực tiểu chi phí quy dẫn có 4 điểm 103

5.3 Ví dụ áp dụng tìm cấu trúc hợp lý bằng phương pháp hình học 104

5.4 Áp dụng phương pháp hình học tìm cấu trúc lưới phân phối thành phố Bắc Giang 112

5.4.1 Giới thiệu chung về thành phố Bắc Giang 112

5.4.2 Hiện tạng hệ thống cung cấp điện 113

5.5 Giới thiệu về lộ sau trung gian Bắc Giang hiện tại 113

5.5.1 Sơ đồ một sợi lộ sau trung gian Bắc Giang 113

5.5.2 Số liệu về chiều dài và loại dây của lộ 115

5.5.3 Xác định khu vực cần cải tạo cấu trúc lưới lộ sau trung gian Bắc Giang 117

5.5.4 Trình tự xây dựng cấu trúc lưới cho các cụm lưới 118

5.5.5 Số liệu phụ tải của các cụm lưới cần cải tạo cấu trúc 118

5.5.6 Xây dựng lưới có đường đi ngắn nhất 119

5.6 Kết luận 125

Kết luận chung của luận văn 126

Tài liệu tham khảo 127

PHỤ LỤC

HTCCĐĐT Hệ thống cung cấp điện đô thị

MBAPP Máy biến áp phân phối

TBAPP Trạm biến áp phân phối

TBATG Trạm biến áp trung gian

Bảng 3.5 Kết quả tính toán chi phí Z của đường dây 22 kV

Bảng 4.1 Số liệu về công suất và khoảng cách giữa các điểm tải Bảng 4.2 Suất chi phí tính toán tương ứng với phụ tải các điểm Bảng 4.3 Kết quả tính các giá trị Zij

Bảng 5.1 Danh sách các Phân xưởng và nhà làm việc trong nhà máy Bảng 5.2 Số lượng và công suất các trạm biến áp phân xưởng

Bảng 5.3 Tính toán chọn tiết diện cáp và các thông số các cụm lưới Bảng 5.4 Kết quả tính toán của các cụm có đường đi ngắn nhất Bảng 5.5 Chiều dài và loại dây của lộ sau trung gian Bắc Giang Bảng 5.6 Số liệu các nút tải lộ sau trung gian Bắc Giang

Bảng 5.7 Số liệu tính toán các cụm lưới có đường đi ngắn nhất Bảng 5.8 Số liệu tính toán các cụm lưới có đường đi ngắn nhất Bảng 5.9 Một số chỉ tiêu của lưới theo sơ đồ cũ và sơ đồ mới

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 2.1 Sơ đồ nối dây hình tia

Hình 2.2 Sơ đồ nối dây liên thông

Hình 2.3 Các sơ đồ nối dây mạch vòng kín

Hình 2.4 Sơ đồ lưới phân phối trên không hình tia (cây)

Hình 2.5 Các dạng sơ đồ lưới phân phối cáp

Hình 2.6 Sơ đồ lưới phân phối cáp khi mật độ trạm phân phối cao Hình 2.7 Sơ đồ hệ thống phân phối điện

Hình 2.8 Sơ đồ phân phối hạ áp

Hình 3.1 Sơ đồ xác định công suất trên các nhánh

Hình 3.2 Mạng kín tách thành hai mạng hở

Hình 3.3 Đường dây không phân nhánh không và có đặt phân đoạn Hình 3.4 Đường dây phân nhánh

Hình 3.5 Đường cong chi phí quy đổi, xác định khoảng chia kinh tế

của đường dây Hình 3.6 Đường cong xác định chi phí tính toán của đường dây

22kV Hình 4.1 Graph đầy đủ

Hình 4.2 Cây của graph

Hình 4.3 Graph đầy đủ

Hình 4.4 Cây của graph

Hình 4.5 Cây phương án

Hình 4.6 Thuật toán nhánh và cận

Hình 4.7 Sơ đồ khối của thuật toán

Hình 4.8 Sơ đồ nối tối ưu xác định theo hệ số phương án với λ = 0Hình 4.9 Vị trí các điểm trên mặt bằng

Hình 4.10 Sơ đồ nối điện theo phương pháp mở rộng từng bước

Hình 4.11 Sơ đồ khối các bài toán lựa chọn thông số cấu trúc

HTCCĐĐT Hình 4.12 Cấu trúc trạm biến áp phân phối đô thị lý tưởng

Hình 5.1 Các đoạn lưới trong điều kiện hạn chế về địa hình của xí

nghiệp hoặc đô thị Hình 5.2 Lưới ngắn nhất của 3 điểm (1,2,3) trong điều kiện hạn chế

về lãnh thổ Hình 5.3 Miền cấu trúc cực tiểu

Hình 5.4 Xây dựng lưới ngắn nhất có 3 điểm

Hình 5.5 Xây dựng lưới có đường đi ngắn nhất có 4 điểm

Hình 5.6 Xây dựng lưới cực tiểu chi phí quy dẫn có 3 điểm bất kỳ Hình 5.7 Lưới 4 nút có chi phí cực tiểu

Hình 5.8 Sơ đồ mặt bằng các phân xưởng trong nhà máy

Hình 5.9 Sơ đồ bố trí các trạm biến áp phân xưởng

Hình 5.10 Các sơ đồ minh hoạ cho phương pháp hình học

Hình 5.11 Sơ đồ một sợi lộ sau trung gian Bắc Giang

Hình 5.12 Tính toán cho cụm lưới 1

Hình 5.13 Sơ đồ lộ sau trung gian Bắc Giang sau khi cải tạo cấu trúc

lưới

MỞ ĐẦU

M.1 GIỚI THIỆU CHUNG

Cùng với sự phát triển của nền kinh tế, hệ thống điện Việt Nam trong những năm qua đã và đang phát triển nhanh cả về qui mô lẫn công nghệ Bên cạnh việc hình thành các đường dây truyền tải để liên kết giữa các khu vực, lưới điện phân phối cũng phát triển nhanh theo sự phát triển của các khu kinh

tế, khu công nghiệp và các khu đô thị mới

Ở Việt Nam lưới điện trung áp đang tồn tại nhiều cấp điện áp khác nhau: 6, 10, 15, 22, 35 kV theo chủ trương của Tổng công ty Điện lực Việt Nam là từng bước chuyển đổi sang cấp 22 kV có trung tính trực tiếp nối đất

Mạng điện địa phương là mạng điện phân phối cho một địa phương hoặc cho một khu vực phụ tải không lớn lắm ví dụ như một tỉnh, một khu vực nhỏ như khu công nghiệp, vùng mỏ, nông trường lớn, ngoại ô các thành phố

và mạng điện thành phố Người ta hay sử dụng lưới trung áp tức là lưới có cấp điện áp 6, 10, 22, 35 kV để phân phối điện cho các trạm phân phối trung áp/hạ áp và phụ tải trung áp

M.2 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI VÀ MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Việc cấp điện cho các khu vực kinh tế và sinh hoạt là rất đa dạng với những đặc thù rất khác nhau Người làm công tác thiết kế quy hoạch cần khảo sát, phân tích, cân nhắc kỹ đặc điểm, nhu cầu của từng khu vực, từng đối tượng mới có thể đưa ra được một phương án, một cấu trúc lưới điện hợp lý

Bài toán tìm cấu trúc hợp lý lưới điện phân phối là một bài toán cơ bản thường gặp trong công tác thiết kế và cải tạo mạng điện có cấp điện áp từ 35

kV trở xuống Lưới điện có cấu trúc tối ưu bao gồm các nhánh nối giữa các nút phụ tải và các nút nguồn đã cho trước, đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật cũng như các chỉ tiêu kinh tế là tốt nhất

Để có một lưới điện hợp lý và kinh tế, điều đặc biệt quan trọng là phải nghiên cứu các quy luật xây dựng lưới cung cấp và phân phối để đề phòng các sai sót có thể có khi thết kế xây dựng lưới điện và cho phép đạt được hiệu quả kinh tế cao và cho phép nhanh chóng tìm được phương án hợp lý

Luận văn tập trung vào nghiên cứu tính toán lựa chọn cấu trúc hợp lý của mạng điện địa phương với mục đích chủ yếu là:

- Tính toán lựa chọn các tham số hợp lý đối với các sơ đồ mà hiện nay trong mạng điện địa phương đang sử dụng

- Áp dụng một số phương pháp để tính toán lựa chọn được một cấu trúc hợp lý sao cho đảm bảo cung cấp điện một cách hợp lý nhất, đảm bảo được các yêu cầu về kinh tế cũng như kỹ thuật

M.3 NỘI DUNG CỦA LUẬN VĂN

Với mục tiêu trên, luận văn thực hiện theo bố cục nội dung sau:

của lưới điện

của mạng điện địa phương

Sau một thời gian nghiên cứu, đến nay luận văn đã hoàn thành Tác giả

xin bày tỏ lòng biết ơn của mình đối với sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo TS

Nguyễn Lân Tráng Xin chân thành cảm ơn toàn thể các thầy, cô giáo trong

Bộ môn Hệ thống điện - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tạo điều kiện giúp đỡ trong suốt qúa trình tham gia khóa học Xin chân thành cảm ơn Trung tâm đào tạo sau đại học, bạn bè đồng nghiệp và người thân đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này

Do hạn chế về thời gian, trình độ nên luận văn không thể tránh khỏi sai sót Tác giả rất mong nhận được những chỉ dẫn, góp ý của các thầy, cô giáo cũng như các đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn

CHƯƠNG I

TỔNG QUAN VỀ MẠNG ĐIỆN ĐỊA PHƯƠNG VÀ CẤU

TRÚC LƯỚI ĐIỆN ĐỊA PHƯƠNG

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG

Mạng điện địa phương là mạng điện phân phối cho một địa phương hoặc cho một khu vực phụ tải không lớn lắm ví dụ như một tỉnh, một khu vực nhỏ như khu công nghiệp, vùng mỏ, nông trường lớn, ngoại ô các thành phố

và mạng điện thành phố Thông thường để phân phối điện năng trong mạng điện địa phương người ta hay sử dụng lưới trung áp tức là lưới có cấp điện áp

6, 10, 22, 35 kV để phân phối điện cho các trạm phân phối trung áp/hạ áp và các phụ tải trung áp; lưới hạ áp cấp điện cho các phụ tải hạ áp 380/220 V

Do mạng điện địa phương là mạng điện trực tiếp phân phối điện năng cho các phụ tải nên mạng điện địa phương không ngừng phát triển theo phụ tải Chính vì vậy cho nên công tác quy hoạch và thiết kế mạng điện địa phương cũng cần phải tiến hành liên tục

Sau khi đã có quy hoạch về lưới điện khu vực, người ta mới tiến hành quy hoạch và thiết kế mạng điện địa phương Mục đích của quy hoạch mạng điện địa phương là xác định nhu cầu điện năng của địa phương trong tương lai theo thời gian dự định làm quy hoạch, dựa trên kết cấu của mạng điện khu vực, các phụ tải dự kiến của địa phương và dựa vào kết cấu sẵn có từ trước để tiến hành lựa chọn phương án tối ưu Sau đó, trên cơ sở của mạng điện đã chọn, tiến hành các bước tính toán kinh tế kỹ thuật như lựa chọn sơ đồ đấu dây, vạch các tuyến đường dây, xác định tiết diện dây dẫn, lựa chọn máy biến

áp, tính toán các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của mạng điện vừa thiết kế

Việc quy hoạch và xác định được một cấu trúc hợp lý của mạng điện địa phương có liên quan đến rất nhiều quy hoạch khác như quy hoạch dân cư,

quy hoạch đô thị, quy hoạch phát triển nông thôn, quy hoạch phát triển công nghiệp và thủ công nghiệp địa phương và đặc biệt quan trọng là nó có liên quan trực tiếp tới mạng điện sẵn có từ trước đó là các điểm đấu vào mạng điện khu vực, vị trí và công suất của các trạm biến áp trung gian, kết cấu cụ thể của các đường dây tải điện, các bộ phận trong lưới điện đó… cần đánh giá được khả năng mang tải của mạng điện bao gồm khả năng mang tải của các trạm biến áp và khả năng mang tải của đường dây cũ như thế nào để khi đưa một nhánh nào đó cung cấp cho phần phụ tải phát triển thêm vào lưới điện để vẫn đảm bảo được các tiêu chuẩn về kinh tế cũng như kỹ thuật

Các số liệu đầu vào của công tác quy hoạch và lựa chọn cấu trúc của mạng điện địa phương ảnh hưởng rất nhiều đến độ chính xác của bản quy hoạch và thiết kế nên cần coi trọng công tác thu thập và xử lý số liệu

Việc quy hoạch và lựa chọn được một cấu trúc mạng điện địa phương một cách hợp lý và hoàn chỉnh sẽ không ngừng giúp địa phương có được những định hướng phát triển kinh tế xã hội ở địa phương mà còn giúp cho trung ương có những số liệu chính xác để hiệu chỉnh quy hoạch tổng thể tốt hơn

Việc lập quy hoạch mạng điện địa phương ở nước ta hiện nay còn chưa được coi trọng đúng mức nên còn gặp phải một số khó khăn như: nhiều hệ số, chỉ tiêu, tiêu chuẩn chưa xác định rõ ràng, các số liệu thống kê còn thiếu và chưa chính xác, các quy hoạch khác của địa phương và mạng điện sẵn có ở địa phương còn chắp vá, chưa đồng bộ

1.2 MỤC ĐÍCH SỬ DỤNG ĐIỆN Ở MẠNG ĐIỆN ĐỊA PHƯƠNG

Nhìn chung đối với khu vực địa phương điện năng được sử dụng vào các mục đích:

- Chiếu sáng gia đình, công cộng (thường dùng đèn huỳnh quang, sợi đốt, hoặc dùng đèn compact)

- Phục vụ nhu cầu gia dụng (thường sử dụng điện để chạy quạt, tủ lạnh, điều hoà không khí, đun nấu, bàn là, các thiết bị nghe nhìn, giải trí…)

- Phục vụ nhu cầu sản xuất và xây dựng kinh tế hộ gia đình: sử dụng nguồn điện năng để chạy động cơ sản xuất chế biến gỗ, máy dệt kéo tơ, máy kem đá và máy bơm nhỏ gia đình để tưới vườn, bơm nước phục vụ sinh hoạt…

- Phục vụ cho phát triển nông nghiệp nông thôn: dùng chạy động cơ cho các trạm bơm tưới, tiêu tập trung, cho máy xay sát, chế biến thức ăn gia súc

- Phục vụ cho phát triển công nghiệp địa phương: cấp điện cho các cơ

sở rèn đúc cơ khí, nhà máy chế biến thức ăn, chế biến gỗ, các sản phẩm nông lâm, nghiệp… và các cơ sở kinh tế khác

1.3 CÁC ĐẶC ĐIỂM PHỤ TẢI ĐỊA PHƯƠNG

1.3.1 Đối với khu vực nông thôn

Phụ tải điện khu vực nông thôn mang những đặc thù riêng biệt do ảnh hưởng của nhiều yếu tố, cho nên việc nghiên cứu các đặc điểm của phụ tải khu vực này nhằm tính toán và dự báo chính xác giá trị của nó là vấn đề quan trọng và cần thiết

Phụ tải khu vực nông thôn là đại lượng có tính biến thiên ngẫu nhiên và

có đặc điểm quan trọng nữa là nó mang tính mùa vụ và thời tiết trong năm Phụ tải thường đạt giá trị cực đại vào thời gian chính vụ, mùa hạn hay úng lụt

Ở các thời điểm khác lưới điện thường làm việc non tải Sự chênh lệch giữa phụ tải cực đại và cực tiểu ở khu vực này là rất lớn Đặc điểm này có ý nghĩa

vô cùng quan trọng đối với việc quy hoạch và thiết kế lưới điện cho khu vực nông thôn Ở khu vực nông thôn thông thường nhu cầu cho chiếu sáng và tiêu dùng dân cư chiếm tới 80÷85%, nhu cầu cho bơm tưới chiếm 5÷10%, nhu cầu cho sản xuất và dịch vụ thường chiếm khoảng 5÷10%

Hầu hết các phụ tải phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt và gia dụng ở địa phương là phụ tải một pha vận hành ở điện áp định mức 220 V Từ các thiết

bị chiếu sáng, nghe nhìn, đun nấu, máy lạnh đến các động cơ xay sát, chế biến thức ăn gia súc, máy bơm nước phục vụ gia đình, đều là các phụ tải một pha

có công suất tiêu thụ điện từ 10 W đến 1 kW và có thể cao hơn nữa Các phụ tải này đều có điện áp định mức là 220 V, hoạt động trong điều kiện dao động điện áp từ -10% đến +5%, có thể hoạt động được khi điện áp tụt xuống -15% trong điều kiện hiệu suất thấp, tổn thất năng lượng cao và tuổi thọ bị giảm nhiều

Phụ tải phục vụ cho nhu cầu gia dụng ở nông thôn sử dụng điện áp 3 pha chủ yếu là các loại động cơ có công suất từ 5÷10 kW đó là các động cơ các máy xay sát, cưa xẻ, chế biến thức ăn gia súc… Các động cơ này thường xuất hiện ở khu vực đồng bằng hoặc các vùng ven thị xã, những khu vực có đời sống kinh tế cao, năng lực sản xuất lớn, khả năng lưu thông hàng hoá thuận lợi Về thực chất các loại động cơ này trên thị trường có cả loại 3 pha

và một pha để phục vụ cho các đối tượng thích ứng với các nguồn điện hiện

có Khu vực miền Nam sử dụng hầu hết sử dụng loại một pha, khu vực miền Bắc sử dụng hỗn hợp cả 3 pha và một pha

Đối với các khu vực nông thôn miền núi thì hầu hết sử dụng thiết bị một pha, các hộ đăng ký sử dụng 3 pha chủ yếu là ở các thị xã, thị trấn và các trung tâm cụm xã, những khu vực rất thuận lợi cho giao thông và giao lưu hàng hoá với số lượng rất ít

Các phụ tải 3 pha ở nông thôn hiện nay chủ yếu là các trạm bơm tưới tiêu tập trung, công suất phổ biến các động cơ là 14÷250 kW và các động cơ

cỡ vừa và lớn phục vụ cho công nghiệp địa phương như các cơ sở chế biến thức ăn gia súc chế biến gỗ và các cơ sở tiểu thủ công nghiệp Các phụ tải bơm tưới tiêu thường đặt ở xa dân cư và thường xuất hiện nhiều ở khu vực

đồng bằng Ở các khu vực miền núi và trung du số lượng các trạm bơm này rất ít vì chủ yếu tưới tiêu tự chảy Các phụ tải công nghiệp địa phương thường phát triển ở khu vực nông thôn đồng bằng khu vực trung tâm cụm xã và trung tâm các xã trung du, miền núi

Như vậy khu vực nông thôn trừ những trạm bơm tập trung, những cơ

sở sản xuất tiểu thủ công nghiệp quy mô vừa và nhỏ thì hầu hết các phụ tải là phụ tải một pha hoặc có thể chuyển sang một pha được

1.3.2 Đối với khu vực đô thị

Về phương diện sử dụng điện năng đô thị là một phụ tải điện rất lớn, đa dạng và là nơi tập trung công nghiệp, dân cư… có liên quan chặt chẽ đến các lĩnh vực khác như giao thông, xây dựng, văn hoá xã hội, bảo vệ môi trường và

có mật độ phụ tải (kVA/km2) rất cao do đó lưới điện ngắn, tiết diện dây lớn, thời gian sử dụng công suất lớn nhất của phụ tải khá lớn và cũng nằm trong một dải rất rộng (3000-5000 giờ/năm) mật độ trạm nguồn và trạm phân phối dày đặc, lưới đô thị thường hay sử dụng là lưới cáp

Cấu trúc phụ tải điện đô thị chủ yếu bao gồm công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp, giao thông, sinh hoạt dân dụng và các công trình xã hội, nông nghiệp ngoại thành với tỷ lệ tuỳ theo mức độ phát triển đô thị

Một đặc trưng của đô thị là công nghiệp và dân số tăng nhanh dẫn đến mức thâm nhập rất nhanh của điện năng vào các mặt xã hội, cần phải tính đến điều đó khi quy hoạch, thiết kế và quản lý lưới điện đô thị

Trong phụ tải điện đô thị, ngoài các xí nghiệp công nghiệp, phải xét đến một bộ phận quan trọng là dân cư đô thị Ở bộ phận này gồm 2 loại phụ tải điện: nhà ở và những cơ sở văn hoá - xã hội Mỗi loại có quy luật riêng về nhu cầu điện vì vậy phải dùng các phương pháp khác nhau để xác định Nhu cầu điện nhà ở phụ thuộc sinh hoạt của dân cư, mức độ điện khí hoá thiết bị gia đình Nhu cầu điện ở khu vực cơ sở công cộng chịu ảnh hưởng bởi những

đặc điểm công nghệ: loại cơ quan, bệnh viện, khách sạn… Tuy nhiên cả hai khu vực đều chịu chi phối bởi quy luật ngẫu nhiên, tổng hợp các nhiều yếu tố không xác định trước như: thời tiết, ngày nghỉ, ngày lễ…

1.4 CÁC ĐẶC ĐIỂM LƯỚI ĐIỆN ĐỊA PHƯƠNG

1.4.1 Hiện trạng lưới trung áp

Lưới trung áp Việt Nam hiện nay tồn tại 5 cấp điện áp Theo km đường dây lưới 35 kV chiếm 28,1%; lưới 22 kV chiếm 31,9%; lưới 15 kV chiếm 20,2%; lưới 10 kV chiếm 16%; lưới 6 kV chiếm 3,9%

Tại miền Bắc, lưới trung áp sử dụng chủ yếu ở các cấp 35, 22, 10, 6

kV Trong đó theo km đường dây, lưới 35 kV chiếm tỷ trọng 56,2%; lưới 22

kV chiếm 7,2%; lưới 10 kV chiếm 30%; lưới 6 kV chiếm 6,6% Trong thời gian qua, theo Quyết định số 149NL/KHKT chọn cấp điện áp chuẩn lưới trung áp cho toàn quốc là 22 kV và trong giai đoạn quá độ khu vực miền núi

có thể sử dụng cấp điện áp 35 kV, việc chuyển đổi cấp điện áp 6, 10 kV về cấp điện áp 22 kV rất chậm, trừ các khu vực thành phố, thị xã có dự án lớn về việc chuyển đổi cấp điện áp 22 kV, các khu vực khác lưới 22 kV hầu như không phát triển được

Chất lượng lưới trung áp khu vực miền Bắc bị xuống cấp; lưới 6, 10

kV, các trạm trung gian bị quá tải; mang tải cuộn dây 22 kV ở trạm nguồn non tải, dẫn tới lưới 35 kV phát triển rất nhanh (bình quân trên 15%/năm)

Tại miền Nam, lưới trung áp sử dụng chủ yếu ở các cấp 35, 22, 15, 6

kV Trong đó theo km đường dây, lưới 35 kV chiếm 2%; lưới 22 kV chiếm 53,7%; lưới 15 kV chiếm 44%; lưới 6 kV chiếm 0,3% Chất lượng lưới trung

áp khu vực miền Nam có chất lượng tốt hơn lưới miền Bắc, lưới điện được xây dựng theo quy chuẩn 22 kV, tiết diện dây lớn để dự phòng cho các năm tiếp theo Hiện nay, trừ khu vực TP Hồ Chí Minh, hầu hết các tỉnh phía Nam tới năm 2007 lưới trung áp về cơ bản chuyển thành lưới 22 kV

Tại miền Trung, lưới trung áp tồn tại ở cả 5 cấp điện áp 35, 22, 15, 10,

6 kV Trong đó theo km đường dây, lưới 35 kV chiếm 15%, lưới 22 kV chiếm 46%, lưới 15 kV chiếm 18%, lưới 10 kV chiếm 16,1%, lưới 6 kV chiếm 4,9% Lưới trung áp khu vực miền Trung chủ yếu phát triển sau năm 1994, do vậy về cơ bản lưới điện được xây dựng theo tiêu chuẩn lưới 22 kV (nếu tính

cả lưới vận hành và xây dựng theo tiêu chuẩn 22 kV chiếm tỷ trọng từ 80% đến 90%), chất lượng lưới trung áp tốt

1.4.2 Điện áp và dòng điện

Như trên đã trình bày lưới điện phân phối các mạng điện hiện nay chủ yếu là lưới có điện áp định mức 6, 10, 15 (ở khu vực miền Trung và miền Nam), 22, 35 kV và có cả lưới 3 kV sử dụng trong các khu vực mỏ và các phụ tải chuyên dùng khác

Dao động điện áp trên lưới vào lúc cao điểm, thấp điểm ở một vị trí thường trong khoảng 1÷3% Chênh lệch điện áp đầu và cuối mỗi đường dây rất cao với đường dây dài, phụ tải lớn có thể lệch đến +15%

Đối với các phụ tải tập trung như các thành phố, thị xã khu công nghiệp, do có nhiều phụ tải 3 pha và các phụ tải một pha được phân bố cơ học tương đối đều Do vậy lưới điện trung áp làm việc trong những điều kiện mất đối xứng về dòng và áp đều nhỏ Chế độ điện áp trên lưới chủ yếu là sự chênh lệch điện áp đầu và cuối đường dây và sự dao động lúc cao điểm và thấp điểm

Đối với khu vực phân tán như ở khu vực nông thôn: các phụ tải 3 pha chiếm tỷ lệ rất ít mà hầu hết là các phụ tải 1 pha Do trình độ quản lý thấp nên việc phân bố tải một pha trên lưới 3 pha còn chưa hợp lý cả về thời gian và không gian Chính vì vậy mà lưới điện trung áp khu vực nông thôn thường chịu sự mất đối xứng về dòng cao hơn mặc dù sự mất đối xứng về áp là thấp Tuy các sự mất đối xứng về áp là thấp song vì các đường dây dài và các phụ

tải lại tập trung sử dụng vào giờ cao điểm nên chênh lệch điện áp đầu cuối và dao động điện áp trên lưới thường khá lớn

Lưới điện phân phối hạ áp có điện áp định mức là 380/220 V và thường vận hành trong điều kiện dao động điện áp +5% và -10% Mặc dù vậy do hạn chế bởi khả năng về vốn và kỹ thuật nên lưới điện hạ áp nông thôn hiện nay rất kém

Điện áp pha đầu nguồn thường đặt (220+5%) V nhưng điện áp cuối nguồn vào lúc cao điểm thường là (220-10÷15%) V Rất nhiều nơi điện áp cuối nguồn chỉ đạt 100÷120 V Khi đó các thiết bị sử dụng điện không thể sử dụng được ngoài đèn chiếu sáng sợi đốt còn dùng được trong điều kiện tổn thất điện áp lớn và hiệu suất rất kém

Các phụ tải nông thôn hầu hết là phụ tải một pha, đặc biệt vào lúc cao điểm ở nông thôn thì dường như chỉ có phụ tải một pha được đấu nối vào lưới Do việc phân tải một pha không đều trên 3 pha, sự đóng cắt các phụ tải một pha không đồng đều giữa các hộ gia đình, giữa các khu vực Do vậy nhìn chung lưới điện nông thôn thường bị mất đối xứng rất lớn cả về dòng và áp

1.4.3 Kết cấu lưới điện

1.4.3.1 Lưới điện 35 kV

Trước đây lưới điện 35 kV còn gọi là lưới truyền tải với các đường dây rất dài đến hàng trăm km Kết nối với các đường dây này là các trạm biến áp trung gian, các trạm biến áp tương đối lớn cung cấp cho nông nghiệp và công nghiệp tại các địa phương Toàn bộ lưới điện vận hành chế độ ba pha ba dây trung tính cách điện theo quan điểm của châu Âu

Hiện nay lưới điện 35 kV trải rộng khắp cả nước với mật độ cao từ vùng thành thị đến vùng nông thôn, từ đồng bằng đến trung du miền núi Theo quy hoạch thì lưới điện 35 kV còn duy trì rất lâu trong hệ thống truyền tải và phân phối điện Việt Nam và đặc biệt được sử dụng ở những khu vực tải

phân bố rộng và phân tán như vùng miền núi, vùng sâu, vùng xa dân cư thưa thớt

Tại các khu vực đồng bằng Bắc Bộ do có phụ tải nông nghiệp và công nghiệp địa phương chiếm tỷ trọng rất lớn, cùng đó dân cư sinh hoạt đông đúc theo mô hình cộng đồng làng xã, giao thông thuận lợi, nhỏ bé Do vậy việc đưa các đường dây 35 kV vào sâu trong khu dân cư gặp khó khăn, cho nên các đường dây 35 kV vẫn chủ yếu làm việc như là đường dây truyền tải cung cấp cho các trạm biến áp trung gian, các trạm biến áp phục vụ công nghiệp, thuỷ lợi có quy mô lớn và các trạm biến áp cấp điện sinh hoạt và gia dụng nhưng số lượng trạm này còn rất ít

Hiện nay các đường dây 35 kV đã và đang được kết nối với dạng mạch vòng kín vận hành hở để nâng độ tin cậy cung cấp điện cho diện rộng và kết nối hỗ trợ giữa các trạm 110 kV với nhau

Với các khu vực miền núi trung du do phụ tải phân tán bán kính cung cấp điện xa, dân cư thưa thớt cho phép đưa đường dây 35 kV vào sâu trong khu vực dân cư Do vậy hầu hết các khu vực miền núi, trung du đều được cấp điện bằng đường dây 35 kV và làm việc như đường phân phối Các đường dây 35 kV hiện nay đều xây dựng ba pha ba dây vận hành ở chế độ trung tính cách điện Do đường dây dài phụ tải phân tán và nhỏ nên các đường dây 35

kV khu vực miền núi trung du thường có dạng hình tia một mạch nên độ an

toàn cung cấp điện thấp

1.4.3.2 Lưới điện 22 kV

Ở Việt Nam, lưới điện 22 kV mới đưa vào vận hành và sử dụng trong khoảng mười năm gần đây nhằm mục đích chuyển đổi lưới điện cấp (6, 10)kV

ở khu vực thành phố và thị xã khu vực đồng bằng về cùng cấp điệm áp 22 kV

Lưới điện 22 kV có trung tính nối đất trực tiếp, song do truyền thống xây dựng các trạm biến áp phụ tải đều là 3 pha, do vậy các đường dây đều

được xây dựng theo kiểu 3 pha 3 dây và không có dây trung tính Lưới điện

22 kV thực chất mới có ít ở khu vực đô thị, thị xã ven các trạm 110/22 kV như ở các khu vực Hà Nội, Hạ Long, Thành phố Vinh, Hải Phòng, Nam định, Thái Nguyên và Mộc Châu

Nhìn chung khối lượng lưới 22 kV còn ít và sự phát triển của nó phụ thuộc vào khả năng vốn cải tạo (6, 10) kV ở các khu vực thành phố Do lưới

22 kV phần lớn là cấp điện cho các phụ tải quan trọng và lớn nên hầu hết các đường dây 22 kV đều được xây dựng theo dạng mạch vòng kín vận hành hở

1.4.3.3 Lưới điện (6, 10) kV

Hầu hết các phụ tải dùng như: sinh hoạt, phụ tải công nghiệp địa phương, dịch vụ tại các thành phố và các thị xã… đều được cung cấp điện thông qua cấp điện áp (6, 10) kV

Lưới điện này được sử dụng chính để cung cấp điện ở miền Bắc Việt Nam từ những năm 1950 đồng thời cùng với cấp điện áp 35 kV và cho đến nay vẫn còn được sử dụng rộng rãi Toàn bộ lưới này đều thiết kế ba pha ba dây và làm việc ở chế độ trung tính cách điện Lưới điện này thường được xây dựng sau các trạm biến áp trung gian 35/6 kV; 35/10 kV và một số đươc xây dựng sau trạm biến áp 110/35/6 kV hay 110/35/10 kV nhằm đưa điện tới sâu

các tâm phụ tải Với điện áp này có thể cung cấp điện vào sâu cho các khu vực dân cư, len lỏi vào các khu vực chật hẹp, giảm bán kính cung cấp điện hạ

áp Những năm trước do phụ tải sử dụng điện phát triển thấp với bán kính cung cấp (5÷10) km thì lưới điện cấp điện áp này phát huy tốt các ưu điểm của mình Ngày nay do phụ tải sử dụng điện phát triển mạnh nên lưới điện này bộc lộ nhiều nhược điểm không thích ứng, đặc biệt các khu vực thành thị các khu vực phát triển…

Mặt khác, các đường dây lưới điện này đều được xây dựng theo dạng hình tia nên độ tin cậy cung cấp điện trong cung cấp điện không cao Xu

hướng thay thế dần lưới điện này bằng lưới điện 22 kV trung tính trực tiếp nối đất đang được thực hiện

1.4.3.4 Lưới điện 380/220 V

Đây là lưới điện được xây dựng để cung cấp điện trực tiếp cho các hộ phụ tải Lưới điện được xây dựng 3 pha 4 dây và kết hợp 1 pha 2 dây điện áp 380/220 V vận hành ở chế độ trung tính trực tiếp nối đất Lưới điện hạ áp hầu hết được xây dựng theo dạng hình tia Mặc dù kết cấu lưới là 3 pha nhưng các phụ tải đấu nối vào hầu hết là một pha phục vụ cho các nhu cầu ánh sáng sinh hoạt và các thiết bị dùng trong các gia đình, trừ một số phụ tải công nghiệp và

phụ tải chuyên dùng khác

1.4.4 Nhận xét

Như vậy ta thấy sự tồn tại nhiều cấp điện áp trên lưới trung áp của lưới điện gây khó khăn cho công tác quản lý vận hành, sản xuất, chế tạo thiết bị cũng như trao đổi khoa học công nghệ

Đối với đa số các nước trên thế giới việc đồng nhất cấp điện áp lưới trung áp đã được triển khai Ví dụ ở Pháp trước năm 1948 có 25 cấp điện áp năm 1948 quyết định giữ lại 5 cấp 5,5; 10; 15; 20; 30 kV và đến tháng 3/1962 người Pháp đã tiêu chuẩn hoá sử dụng duy nhất 20 kV, trong giai đoạn quá độ cho phép khu vực miền núi tồn tại cấp điện áp 30 kV Tại Ấn Độ cũng đã thực hiện loại bỏ các cấp điện áp trung áp để chuyển thành lưới 22 kV và 33 kV (khu vực miền núi) Hàn Quốc cũng đã thực hiện việc loại bỏ cấp điện áp trung áp để chuyển thành lưới 22 kV và hiện nay họ đã đồng nhất được cấp điện áp lưới trung áp là 22 kV

Như vậy, có thể nhận định rằng việc đồng nhất cấp điện áp trung áp là

xu hướng tất yếu hiện nay trên thế giới, tuy nhiên tuỳ từng điều kiện, hoàn cảnh mỗi nước, mỗi khu vực mà có những phương án xây dựng và cải tạo khác nhau

Kinh nghiệm phát triển lưới trung áp của Việt Nam và các nước trên thế giới cho thấy vệc dùng 2 cấp điện áp cho lưới phân phối là không hợp lý

vì vốn đầu tư cao, tổn thất điện năng lớn và gây khó khăn cho việc quản lý và vận hành, việc đồng nhất cấp điện áp trung áp đem lại nhiều lợi ích

Đối với những khu vực mật độ phụ tải cao, cần đẩy mạnh cải tạo lưới điện hiện tại thành lưới 22 kV Việc sớm đồng nhất thành lưới 22 kV không những đem lại lợi ích lớn nhất về kinh tế mà còn tạo điều kiện thuận lợi cho công tác xây dựng, quản lý vận hành

Đối với những khu vực mật độ phụ tải trung bình Việc cải tạo và phát triển lưới 22 kV cần có lộ trình cải tạo cụ thể để giảm áp lực vốn đầu tư, trên

cơ sở vẫn đáp ứng đầy đủ các điều kiện kinh tế kỹ thuật của lưới điện, tận dụng tối đa năng lực thiết bị để tránh lãng phí vốn đầu tư Trên cơ sở nghiên cứu đánh giá hiện trạng lưới điện, kết hợp với những phương hướng phát triển kinh tế xã hội của địa phương để vạch ra chiến lược cải tạo phát triển lưới điện hợp lý để đáp ứng yêu cầu phát triển kinh tế xã hội, khắc phục được những nhược điểm của lưới điện hiện tại theo định hướng đồng nhất cấp điện

áp trung áp

Khu vực mật độ phụ tải thấp, lưới trung áp chủ yếu là 35 kV và cần tồn tại đồng thời cả lưới 22 kV Tuy nhiên trên mỗi khu vực nhỏ chỉ nên phát triển một cấp điện áp Trong đó khu vực phụ tải tập trung như thị xã, khu công nghiệp, khu đô thị phát triển lưới 22 kV và cải tạo lưới hiện trạng thành lưới 22 kV; khu vực mật độ phụ tải thấp như làng xóm, thôn bản phát triển lưới 35 kV và cải tạo lưới hiện trạng thành lưới 35 kV sẽ mang lại hiệu quả kinh tế tài chính lớn nhất và phù hợp với điều kiện địa lý, mật độ phụ tải và nguồn cung cấp

1.5 KẾT LUẬN

- Ta thấy mạng điện địa phương là mạng điện trực tiếp phân phối điện năng cho các phụ tải cho nên công tác quy hoạch và thiết kế nhằm lựa chọn được một cấu trúc hợp lý của mạng điện địa phương có ý nghĩa hết sức to lớn

- Nếu lựa chọn được một cấu trúc hợp lý của lưới điện sẽ đem lại hiệu quả kinh tế to lớn cũng như thuận lợi trong công tác quản lý và vận hành

- Việc tính toán lựa chọn các thông số và cấu trúc hợp lý của mạng điện địa phương sẽ được trình bày trong các chương sau của luận văn

CHƯƠNG II

MỘT SỐ DẠNG CẤU TRÚC, SƠ ĐỒ SỬ DỤNG TRONG

MẠNG ĐIỆN ĐỊA PHƯƠNG

2.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Khi quy hoạch và lựa chọn cấu trúc mạng điện địa phương cần nắm vững nguyên tắc cơ bản là đảm bảo xây dựng một hệ thống cung cấp điện an toàn và kinh tế Mục đích của việc quy hoạch mạng điện là tìm ra được một phương án phù hợp nhất với nguyên tắc nói trên

Trước hết cần phải vạch ra các phương án sơ đồ đấu dây khả thi của mạng điện, đồng thời phải tiến hành lựa chọn điện áp tải điện, đường dây dự phòng… Một phương án sơ đồ mạng điện có thích hợp hay không phụ thuộc vào rất nhiều các yếu tố khác nhau quyết định: phụ tải lớn hay nhỏ, số lượng phụ tải nhiều hay ít, vị trí phân bố phụ tải, mức độ yêu cầu về đảm bảo liên tục cung cấp điện và khả năng cung cấp của các nhà máy điện, các nguồn điện, kết cấu của mạng điện sẵn có ở địa phương… Ngoài ra còn nhiều yếu tố phụ cũng ảnh hưởng đến kết cấu và tuyến đường dây của mạng như các điều kiện về địa chất, khí tượng, thuỷ văn, địa hình, tình hình tổ chức, quản lý thi công…

Như vậy khi vạch ra các phương án sơ đồ đấu dây cần phải cân nhắc,

đề cập đầy đủ đến các yếu tố Tuyệt đối không thể coi việc lập sơ đồ đấu dây như bài toán hình học nối máy móc giữa các điểm với nhau, hoặc tuy có đề cập đến một số yếu tố nhưng không toàn diện Cách giải quyết như vậy sẽ làm cho số phương án quá nhiều, trong đó nhiều phương án vô lý làm mất nhiều thời gian mà thường kết quả tìm được lại không phải là phương án tối ưu

Ngược lại, nếu chia ra từng khu vực nhỏ để phương án được đơn giản thì sẽ gạt bỏ được rất nhiều yếu tố liên quan và có thể làm sót nhiều phương

án Thường phương án được chọn bằng cách này không chắc đã là phương án tối ưu Chỉ được phép phân ra từng khu vực để lập phương án so sánh nếu phụ tải hình thành những khu vực rõ rệt và độc lập với các yếu tố khác

Để lựa chọn phương án đấu dây cần vạch ra một số phương án khả thi

để dựa vào so sánh kinh tế kỹ thuật Khi vạch phương án, cần quan tâm đúng mức mạng điện sẵn có để nếu tận dụng được thì có thể sử dụng lại (ví dụ như tuyến đi dây, cột, xà, sứ…) Số lượng các phương án đưa ra so sánh phải hợp

lý Muốn như vậy cần dựa vào tình hình mạng điện sẵn có ở địa phương, trên

cơ sở phân tích về phụ tải, đồng thời phải xét đến các điều kiện khác của địa phương như giao thông, địa hình, điều kiện thi công, điều kiện vận chuyển thiết bị, vật tư…

Với sự tăng trưởng mạnh mẽ của ngành điện, khoảng cách và công suất truyền tải cũng như số lượng các hộ tiêu thụ tăng lên liên tục, hình thành nên

hệ thống năng lượng Điều đó đã dẫn đến tính phức tạp về mặt cấu trúc lưới điện

2.2 MỘT SỐ DẠNG SƠ ĐỒ NỐI DÂY CƠ BẢN

Sơ đồ đấu dây của mạng điện địa phương bất kỳ đều có thể phân thành

3 loại: loại hình tia, loại vòng kín và liên thông Mỗi một loại hộ tiêu thụ khác nhau và ở các cấp điện áp khác nhau và yêu cầu độ tin cậy cung cấp điện khác nhau mà có thể dùng các loại sơ đồ khác nhau Tất cả những sơ đồ đấu dây phức tạp đều có thể coi như một tổ hợp của những loại sơ đồ đấu dây nói trên

2.2.1 Sơ đồ nối dây dạng hình tia

Ưu khuyết điểm của sơ đồ hình tia:

- Ưu điểm

Xác suất cắt điện do sự cố tương đối ít vì mỗi phụ tải đều có đường dây riêng cung cấp đến, mỗi đường dây bị sự cố không thể ảnh hưởng sang đường dây thứ hai

Khoảng cách dẫn điện tương đối gần Do đó nếu dây dẫn được chọn theo mật độ kinh tế của dòng điện thì chi phí về vốn đầu tư, mức tổn thất công suất và tổn thất điện áp đều tương đối nhỏ

Có thể sử dụng những thiết bị đơn giản rẻ tiền ở cuối đường dây (ví dụ chỉ cần dùng dao cách ly mà không cần tới máy cắt…) Thiết bị bảo vệ rơle cũng đơn giản Ví dụ, nếu đường dây ngắn, có thể chỉ dùng bảo vệ quá dòng điện là đủ

2.2.2 Sơ đồ nối dây loại nối liên thông

Hình 2.1 Sơ đồ nối dây hình tia

N là nguồn cấp; các điểm 1, 2, 3, 4 là vị trí của các phụ tải tương ứng

Có thể dùng được những thiết bị đơn giản ở trạm trung gian 1 và trạm cuối 2

Việc tổ chức thi công sẽ thuận tiện hơn vì hoạt động trên cùng một tuyến

- Nhược điểm

Vì khoảng cách dẫn điện tới phụ tải phía cuối tương đối xa, nên tổn thất điện năng cũng như tổn thất điện áp lớn hơn

Xác suất sự cố mất điện tương đối lớn, vì sự cố ở đoạn đường dây này

có ảnh hưởng trực tiếp tới đoạn kia

Nếu vì một lí do nào đó, về phía cao áp phải dùng máy cắt thì số lượng máy cắt sẽ nhiều hơn, và bảo vệ rơle có phức tạp hơn

2.2.3 Sơ đồ nối dây loại mạch vòng kín

Mạng kín đơn giản nhất là mạng chỉ có một mạch vòng (hình 2.3a) hay

là mạng có hai nguồn cung cấp (hình 2.3b), điện áp của các nguồn đó nói chung có thể khác nhau về trị số và góc pha Có thể cho rằng, mạng chỉ có một mạch vòng là trường hợp đặc biệt của mạng có hai nguồn cung cấp khi điện áp của hai nguồn cung cấp bằng nhau về trị số và về góc pha Mạng kín phức tạp là mạng có hai hay nhiều mạch vòng (hình 2.3c)

Hình 2.3 Các sơ đồ nối dây mạch vòng kín

- Ưu điểm

Vốn đầu tư ít

Mức độ an toàn liên tục cung cấp điện rất cao

- Nhược điểm

Các sơ đồ bảo vệ rơle tương đối phức tạp

Tổn thất điện áp lúc sự cố tương đối cao

Số lượng máy cắt cao áp nhiều hơn

2.2.4 Phạm vi sử dụng các loại sơ đồ nói trên

Trong các loại sơ đồ nói trên việc dùng sơ đồ có dự phòng hay không phụ thuộc vào tính chất của phụ tải Hai loại sơ đồ hình tia và liên thông không có dự phòng thích hợp với mọi cấp điện áp, còn sơ đồ loại mạch vòng kín thì nói chung chỉ thích hợp với cấp điện áp tương đối cao Sơ đồ hình tia một lộ dùng nhiều nhất cho các mạng thắp sáng hoặc động lực ở điện áp thấp Các trạm 6, 10, 22 kV cũng thường hay dùng loại sơ đồ hình tia để cung cấp điện Sơ đồ hình tia 2 lộ thường được dùng cho các mạng điện có công suất tải lớn với các cấp điện áp 110, 220 kV

Sơ đồ mạch vòng kín được dùng nhiều ở các mạng điện trung áp trong thành phố và các mạng điện phân xưởng với điện áp 6, 10, 22 kV Những mạng điện này khi vận hành thường theo chế độ mạng kín để hở Ở các mạng

c)

b)

điện khu vực nếu phụ tải so với khả năng tải của cấp điện áp không lớn lắm, thì dùng sơ đồ mạch vòng kín rất tốt Sơ đồ kiểu liên thông thường được dùng

ở các đường dây cung cấp điện cho một số phụ tải gần nhau

2.3 SƠ ĐỒ LƯỚI PHÂN PHỐI TRUNG ÁP TRÊN KHÔNG

Lưới phân phối trên không sử dụng ở nông thôn là nơi có phụ tải phân tán với mật độ phụ tải không cao, việc đi dây không bị hạn chế vì điều kiện an toàn hay mỹ quan Ở lưới phân phối trên không có thể dễ dàng nối các dây dẫn với nhau, các đường dây khá dài và việc tìm kiếm điểm sự cố không khó khăn như lưới phân phối cáp Lưới phân phối khu vực nông thôn không đòi hỏi về độ tin cậy cao như lưới phân phối khu vực thành phố Vì thế lưới phân phối trên không có sơ đồ hình tia (hình cây), từ trạm nguồn có nhiều trục chính đi ra cấp điện cho từng nhóm trạm phân phối

Hình 2.4 Sơ đồ lưới phân phối trên không hình tia (cây)

Các trục chính được phân đoạn để tăng độ tin cậy, thiết bị phân đoạn có thể là máy cắt, máy cắt có tự động đóng lại có thể tự động cắt ra và điều khiển

từ xa Giữa các trục chính của một trạm nguồn hoặc của các trạm nguồn khác nhau có thể được nối liên thông để dự phòng khi sự cố khi ngừng điện kế hoạch đường trục hoặc trạm biến áp nguồn Máy cắt hoặc dao cách ly liên lạc được mở trong khi làm việc vận hành hở

Dây dẫn đường trục phải được kiểm tra theo điều kiện sự cố để có thể tải điện dự phòng cho các trục khác bị sự cố

2.4 LƯỚI PHÂN PHỐI CÁP TRUNG ÁP

Lưới phân phối cáp được dùng ở thành phố có mật độ phụ tải cao, do

đó lưới ngắn Điều kiện thành phố không cho phép đi dây trên không mà phải chôn xuống đất tạo thành lưới phân phối cáp Lưới phân phối khu vực thành phố đòi hỏi độ tin cậy cung cấp điện cao, hơn nữa việc tìm kiếm điểm sự cố khó khăn và sửa chữa sự cố lâu nên lưới phân phối cáp có các sơ đồ phức tạp

và đắt tiền Các chỗ nối được hạn chế đến mức tối đa vì xác suất hỏng các chỗ nối rất cao

Trên hình 2.5 là các dạng sơ đồ lưới phân phối cáp

Hình 2.5a là sơ đồ mạch vòng kín cung cấp điện cho các trạm phân phối một máy biến áp Ta thấy các trạm phân phối được đấu liên thông mỗi MBA đều có 2 dao cách ly ở hai phía, MBA có thể được cấp điện từ phía nào cũng được Bình thường nó được cấp điện từ một phía Ký hiệu▼chỉ dao cách ly được mở ra để vận hành hở Vận hành hở làm cho lưới điện rẻ hơn, và

độ tin cậy vẫn đảm bảo yêu cầu, vận hành kín lợi hơn về tổn thất điện năng nhưng đòi hỏi cao hơn hệ thống bảo vệ rơle và thiết bị đóng cắt nếu muốn đạt

độ tin cậy cao

Hình 2.5b là một dạng khác của mạch vòng kín, các trạm phân phối được cấp điện bằng hai đường dây song song Hai đường dây có thể nối giữa hai trạm nguồn khác nhau để tạo thành mạch liên nguồn

Khi trạm trung gian ở xa trung tâm phụ tải thì có thể sử dụng sơ đồ hình 2.5c trong đó trạm cắt được cấp điện bởi hai đường dây cung cấp, các đường dây phân phối xuất phát từ trạm cắt này Loại sơ đồ này sử dụng cho

cả lưới phân phối cáp và trên không Trong các loại sơ đồ trên tiết diện cáp phải được chọn có tính đến dự phòng cho toàn mạch vòng

Khi mật độ các trạm phân phối cao, để tiết kiệm vốn đầu tư mà vẫn đảm bảo độ tin cậy có thể sử dụng các loại sơ đồ trên hình 2.6 Ở các sơ đồ

này dây dẫn của các đường dây phân phối được chọn đủ cho các trạm phân phối mà nó cấp điện, vì đã có một đường dây phân phối - đường nét chấm

2.5 SƠ ĐỒ HỆ THỐNG PHÂN PHỐI ĐIỆN

Hệ thống phân phối điện bao gồm nhiều trạm trung gian được nối liên thông với nhau bởi mạng lưới đường dây phân phối tạo thành nhiều mạch vòng kín (hình 2.7)

Hình 2.7 Sơ đồ hệ thống phân phối điện

Điểm cắt lưới để vận hành hở được thay đổi thường xuyên trong quá trình vận hành khi đồ thị phụ tải thay đổi, sơ đồ vận hành tối ưu được máy tính điện tử tính toán ra từ các số liệu đo xa đặt trên các điểm kiểm tra của hệ thống phân phối điện Khi xảy ra sự cố, máy tính điện tử cũng tính ra ngay phương án vận hành thay thế tốt nhất Nhân viên vận hành thực hiện các sơ đồ tối ưu bằng các thiết bị điều khiển từ xa

Tuy nhiên nếu không có điều khiển và đo lường từ xa thì vẫn có thể vận hành kinh tế nhưng theo mùa trong năm Người ta tính chọn sơ đồ vận hành tối ưu cho khoảng thời gian trong đó phụ tải gần giống nhau (thường là trong từng mùa do điều kiện khí hậu các ngày giống nhau) sau đó thao tác các thiết bị phân đoạn để thực hiện

2.6 SƠ ĐỒ LƯỚI PHÂN PHỐI HẠ ÁP

Hình 2.8 Sơ đồ lưới phân phối hạ áp

Trên hình 2.8a là sơ đồ lưới phân phối hạ áp được cấp điện từ MBA phân phối 3 pha Trung tính hạ áp được nối đất trực tiếp và dây trung tính đi theo lưới điện tạo thành lưới phân phối hạ áp 4 dây Trục chính có 4 dây còn các nhánh rẽ đi cấp điện cho các phụ tải 1 pha thì có thể 3 dây (2 pha + trung tính) hoặc hai dây (1 pha + trung tính) (hình 2.8b)

Lưới phân phối hạ áp hình tia, phụ tải quan trọng được cấp điện bởi đường dây dự phòng lấy từ cùng một trạm phân phối hoặc từ 2 trạm phân phối khác nhau (hình 2.8a)

Trên những đường nông thôn, để tiết kiệm vốn đầu tư người ta thường làm đường dây hạ áp có 5 dây: 3 dây pha cấp điện sinh hoạt, dây trung tính và một dây pha riêng phục vụ chiếu sáng đường phố (hình 2.8c) Lưới phân phối

hạ áp thực hiện bằng đường dây trên không, hoặc dùng dây cáp vặn xoắn

Đối với những khu vực phụ tải nhỏ nhất là khu dân cư có thể dùng máy biến áp 1 pha điện áp dây và 1 pha điện áp pha hoặc sử dụng kết hợp cả 3 pha lẫn một pha để cung cấp điện cho các khu vực này

2.7 KẾT LUẬN

- Như vậy, ta thấy ở mỗi một khu vực và ở các cấp điện áp khác nhau

sẽ thích hợp với từng loại sơ đồ khác nhau

- Khi thiết kế hoặc lựa chọn các loại cấu trúc sơ đồ cho các mạng điện cho từng khu vực cụ thể, ta sẽ xem tính chất quan trọng của từng phụ tải và độ tin cậy cung cấp điện cần thiết cho khu vực hoặc phụ tải đó mà quyết định dùng các loại sơ đồ sao cho phù hợp nhất vừa đảm bảo được tính kinh tế cũng như kỹ thuật của mạng điện cần thiết kế

- Ta thấy khu vực nông thôn thích hợp với sơ đồ hình tia hoặc liên thông và thường sử dụng lưới phân phối trên không, còn khu vực đô thị thường hay sử dụng loại sơ đồ mạch vòng kín và sử dụng lưới phân phối cáp

vì do các yêu cầu về mỹ quan đô thị và độ tin cậy cung cấp điện

- Việc xác định một số tham số tối ưu để sử dụng cho các sơ đồ này sẽ

được trình bày trong chương 3

CHƯƠNG III

TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THAM SỐ TỐI ƯU CỦA

MẠNG ĐIỆN ĐỊA PHƯƠNG

3.1 XÁC ĐỊNH ĐIỂM PHÂN CÔNG SUẤT TRONG MẠNG KÍN

Đối với các khu vực trong mạng điện địa phương dùng sơ đồ nối dây loại mạch vòng kín hầu hết người ta thường cho mạng điện vận hành hở vì vẫn đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện mà việc vận hành đơn giản hơn Cho nên, việc tìm sự phân bố công suất chính xác trong mạng kín là một vấn đề phức tạp vì nó phụ thuộc vào tiết diện, chiều dài của các đoạn mạng và độ lớn, vị trí của các phụ tải trong mạng điện Do đó khi giải quyết các vấn đề liên quan đến mạng kín, người ta phải dùng các phương pháp tính toán gần đúng liên tiếp Phương pháp này cho ta kết quả đủ chính xác với yêu cầu thực

tế

Trước tiên nhằm xác định sự phân bố công suất trong mạng với giả thiết điện áp lấy bằng định mức ở mọi điểm và bỏ qua tổn thất công suất trên các đoạn đường dây Bước tiếp theo là xác định chính xác hơn công suất và điện áp tại các điểm nút của mạng điện

Có mạng điện kín cung cấp cho 2 phụ tải S1 và S2 Ở đây S1 và S2 là phụ tải tính toán nghĩa là đã kể đến tổn thất công suất trong máy biến áp hạ

áp

Hình 3.1 Sơ đồ xác định công suất trên các nhánh

Giả thiết đã biết:

Chiều dài và tiết diện dây dẫn các nhánh, nghĩa là đã biết tổng trở Z1,

Z12 và Z2

Điện áp ở hai nguồn UA và UB trường hợpchung xét UA ≠ UB

Cần xác định công suất đi trên các nhánh: SA1, S12 và SB2

Chiều công suất SA1 và SB2 rõ ràng như trên hình 3.1, còn chiều công suất trên đoạn 1-2 trước tiên ta giả thiết như trên hình 3.1

Có thể viết phương trình biểu diễn điện áp giáng từ nguồn A đến nguồn B:

B A

.

U

U − = 3(İA1.Z1 + İ12.Z12 - İB2.Z2) (3.1)

Có thể thay dòng điện nhánh İ12 và İB2 bằng các dòng điện phụ tải İ1 và

İ2

İ12 = İA1 - İ1

İB2 = İ1 + İ2 - İA1Thay vào (3.1) ta có:

B A

.

U

U − = 3(İA1.Z1 + İA1.Z12 - İ1.Z12 - İ1.Z1 - İ2.Z2 + İA1.Z2) (3.2) Đặt Z1 + Z12 + Z2 = ZΣ

Z12 + Z2 = Z1B; Z2 = Z2BKhi đó (3.2) trở thành: U -UB = 3

A

.

(İA1.ZΣ - İ1.Z1B - İ2.Z2B) (3.3)

Từ (3.3) rút ra:

Σ Σ

−+

+

=

Z.3

UUZ

Z.IZI

A B 2 2 B 1 1 1 A

.

Từ công thức (3.4) thấy rằng:

Dòng điện đi trên đoạn A-1 gồm hai thành phần:

+ Thành phần chủ yếu, phụ thuộc các phụ tải 1, 2 và tổng trở trong mạng

+ Thành phần dòng điện cân bằng chỉ phụ thuộc vào độ lệch điện áp giữa A và B (UA - UB) và tổng trở của mạng mà không phụ thuộc trị số các phụ tải

Trong mạng điện phân phối thường coi điện áp hai nguồn bằng nhau

B 1 1 1 A

A 1 1 2 B

.

(3.6)

Trong đó: Z1A = Z1; Z2A = Z12 + Z1

Ngoài ra cần phải thử lại theo công thức: İA1 + İB2 = İ1+ İ2

Trong thực tế, phụ tải thường cho ở dạng công suất:

S1 = P1 - jQ1; S2 = P2 - jQ2; Công thức (3.5) có thể viết dưới dạng công suất Nhân 2 vế của (3.5) với 3.Udm

Z.SS

n 1 i

B 1 1 1