Nghiên cứu đánh giá hiệu quả kinh tế của việc thay thế máy biến áp ba pha bằng máy biến áp một pha trong lưới điện phân phối trung hạ áp khu vực kiến an, hải phòng

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT CCĐ : Cung cấp điện CLĐN : Chất lượng điện năng CSPK : Công suất phản kháng DNTN : Doanh nghiệp tư nhân ĐTC : Độ tin cậy HTĐ : Hệ thống điện LĐPP : L

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

-

Nguyễn Ngọc Đức

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ CỦA VIỆC THAY THẾ MÁY BIẾN ÁP BA PHA BẰNG MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA TRONG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TRUNG HẠ ÁP

KHU VỰC KIẾN AN HẢI PHÒNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

HỆ THỐNG ĐIỆN

Hà Nội - 2018

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

-

Nguyễn Ngọc Đức

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ CỦA VIỆC THAY THẾ MÁY BIẾN ÁP BA PHA BẰNG MÁY BIẾN ÁP MỘT PHA TRONG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TRUNG HẠ ÁP

KHU VỰC KIẾN AN HẢI PHÒNG

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu, kết quả trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn

Nguyễn Ngọc Đức

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 7

CHƯƠNG 1 VẤN ĐỀ TỐI ƯU HÓA CẤU TRÖC LƯỚI ĐIỆN

1.1 Các yêu cầu đối với lưới điện phân phối 9 1.1.1 Đặc điểm của lưới điện phân phối 9 1.1.2 Các yêu cầu về kỹ thuật của lưới điện phân phối 12 1.2 Bài toán giảm tổn thất điện năng, tổn thất điện áp trong lưới phân

1.2.1 Tổn thất công suất trong lưới phân phối 17 1.2.2 Tổn thất điện áp trong lưới phân phối 19 1.3 Giải pháp thay thế máy biến áp ba pha bằng máy biến áp một pha 21 1.3.1 Nguyên lý hoạt động của máy biến áp 21 1.3.2 So sánh máy biến áp một pha và máy biến áp ba pha 28 1.4 Sự khác nhau giữa cấu trúc lưới phân phối ở Mỹ/Nhật và một số

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÀ ĐÁNH GIÁ CÁC

CHỈ TIÊU CỦA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI KHÔNG ĐỐI XỨNG 35

2.1 Phương pháp tính toán lưới điện phân phối 35 2.1.1 Mô hình lưới điện phân phối có cấu trúc bất kỳ 35 2.1.2 Phương pháp khử Gauss 36 2.1.3 Phương pháp lặp Gauss – Siedel 37 2.1.4 Phương pháp lặp Newton – Raphson 39 2.2 Tính toán lưới điện phân phối không đối xứng 46 2.2.1 Giả thiết tính toán đối với các thông số lưới điện 46 2.2.2 Ví dụ tính toán lưới điện không đối xứng 49 2.2.3 Chương trình tính toán PSS/Adept 51

CHƯƠNG 3 ÁP DỤNG TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG CHO LƯỚI

3.1 Xây dựng bài toán và kịch bản mô phỏng 59 3.1.1 Sơ đồ và hiện trạng vận hành của lưới điện tính toán 59 3.1.2 Xác định kịch bản tái cấu trúc lưới 62 3.2 Kết quả tính toán mô phỏng cho từng phương án tái cấu trúc LĐPP 65 3.3 Các nhận xét và đánh giá so sánh kết quả 68

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

CCĐ : Cung cấp điện CLĐN : Chất lượng điện năng CSPK : Công suất phản kháng DNTN : Doanh nghiệp tư nhân ĐTC : Độ tin cậy

HTĐ : Hệ thống điện LĐPP : Lưới điện phân phối LĐTT : Lưới điện truyền tải MBA : Máy biến áp

TBA : Trạm biến áp TTCS : Tổn thất công suất TTĐA : Tổn thất điện áp TTĐN : Tổn thất điện năng

Bảng 3.2 : Chi phí đầu tư phương án 1

Bảng 3.3 : Chi phí đầu tư phương án 2

Bảng 3.4 : Chi phí đầu tư phương án 3

Bảng 3.5 So sánh các phương án

Phụ lục 1 : Thông số đường dây hiện trạng

Phụ lục 2 : Công suất nhánh hiện trạng

Phụ lục 3 : Điện áp nút hiện trạng

Phụ lục 4 : Dòng nhánh hiện trạng

Phụ lục 5 : Tổn thất công suất hiện trạng

Phụ lục 6 : Công suất nhánh phương án 1

Phụ lục 7 : Điện áp nút phương án 1

Phụ lục 8 : Dòng nhánh phương án 1

Phụ lục 9 : Tổn thất công suất phương án 1

Phụ lục 10 : Công suất nhánh phương án 2

Phụ lục 11 : Điện áp nút phương án 2

Phụ lục 12 : Dòng nhánh phương án 2

Phụ lục 13 : Tổn thất công suất phương án 2

Phụ lục 14 : Công suất nhánh phương án 3

Phụ lục 15 : Điện áp nút phương án 3

Phụ lục 16 : Dòng nhánh phương án 3

Phụ lục 17 : Tổn thất công suất phương án 3

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1.1 : Mô hình lưới 3 pha 5 dây

Hình 1.2 : Sơ đồ thay thế đường dây

Hình 1.3 : Giản đồ Vecto điện áp

Hình 1.4 : Sơ đồ thay thế máy biến áp hai cuộn dây

Hình 1.5 : Hình dạng lõi thép máy biến áp

Hình 1.6 : Sơ đồ đặc trưng máy biến áp

Hình 1.7 : Mạch điện mô tả phía sơ cấp

Hình 1.8 : Mạch điện mô tả phía thứ cấp

Hình 1.9 : Mạch điện tương đương máy biến áp

Hình 1.10 : Mạch điện đơn giản hóa máy biến áp

Hình 1.11 : Sơ đồ quy về phía sơ cấp máy biến áp

Hình 1.12 : Máy biến áp ba pha

Hình 1.13 : Máy biến áp một pha

Hình 1.14 : So sánh lưới phân phối của Mỹ và châu Âu Hình 2.1 : Mô tả phương pháp tuyến tính hóa

Hình 2.2 : Sơ đồ đường dây ba pha không đối xứng

Hình 2.3 : Ví dụ bài toán ba pha không đối xứng

Hình 2.4 : Ví dụ bài toán ba pha không đối xứng

Hình 2.5 : Giao diện chính phần mềm PSS/Adept

Hình 2.6 : Cài đặt thông số phần mềm PSS/Adept

Hình 2.15 : Chạy bài toán Load Flow

Hình 2.16 : Kết quả của bài toán Load Flow

Hình 3.1 : Sơ đồ suất tuyến trạm Hai Bà Trưng 1

Hình 3.2 : Mô phỏng lưới phân phối hiện trạng

Hình 3.3 : Mô phỏng phương án thay thế 1

Hình 3.4 : Mô phỏng phương án thay thế 2

Hình 3.5 : Mô phỏng phương án thay thế 3

LỜI MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Hải Phòng là thành phố cảng quan trọng, trung tâm công nghiệp,cảng biển lớn nhất phía Bắc Việt Nam, đồng thời cũng là trung tâm kinh tế, văn hóa, y tế, giáo dục, khoa học, thương mại và công nghệ của vùng duyên hải Bắc Bộ Đây là thành phố lớn thứ 3 của Việt Nam và là một trong 5 thành phố trực thuộc trung ương Thành phố có 15 đơn vị hành chính gồm 7 quận, 6 huyện và 2 huyện đảo với diện tích tự nhiên 1.561,7 km2 và dân số trên 1 triệu 997 ngàn người

Kiến An là một trong các quận nội thành của Hải Phòng, trong những năm gần đây, quận Kiến An đã tạo được bước phát triển nhanh, toàn diện ở tất cả các lĩnh vực với cơ cấu kinh tế được xác định: công nghiệp tiểu thủ công nghiệp, thương mại, du lịch dịch vụ và nông nghiệp

Cùng với sự phát triển kinh tế của đất nước, lưới điện phân phối cũng không ngừng được nâng cấp mở rộng hoặc xây dựng mới, đi kèm theo là việc phát triển nguồn và lưới để đáp ứng nhu cầu công suất của phụ tải Vấn đề bảo đảm các chỉ tiêu chất lượng hoạt động của lưới điện phân phối trung và hạ áp luôn được quan tâm tại các đơn vị điện lực Thực tế vận hành cho thấy, sơ đồ kết lưới hiện nay còn khá nhiều khía cạnh chưa thực sự tối ưu Đồng thời hiện nay các chỉ số về giảm tổn thất điện năng, tổn thất công suất và tối ưu hóa chế độ vận hành cho lưới trung hạ

áp ngày càng được quan tâm và đưa vào chỉ tiêu thi đua của các Điện lực Luận văn lựa chọn hướng nghiên cứu nhằm nâng cao chất lượng vận hành của lưới điện phân phối trung và hạ áp của Điện lực Kiến An

2 Mục đích nghiên cứu

Để nâng cao chất lượng hoạt động của lưới điện phân phối, cụ thể là vấn đề giảm tổn thất và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện của lưới phân phối, một trong những yếu tố cần được quan tâm là chiến lược quy hoạch hệ thống điện với các giải pháp thiết kế tối ưu Đảm bảo điện áp vận hành tại các trạm nguồn, trạm phân phối đúng qui định trong giới hạn cho phép và có những kết cấu lưới phù hợp, đồng thời kết hợp với việc thay thế, vận hành các máy biến áp ba pha bằng máy biến áp một

pha, nâng cấp, kéo mới và chuyển đấu nối một số đường dây trung hạ áp phù hợp Việc thay thế máy biến áp phân phối 3 pha bằng các máy biến áp 1 pha trực tiếp cung cấp điện cho các nhóm hộ tiêu thụ tại các vị trí tối ưu có thể làm giảm chiều dài lưới phân phối hạ áp, dẫn đến giảm tổn thất điện năng, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện Tuy nhiên cũng sẽ làm tăng mức độ phức tạp vận hành, đặc biệt có thể làm thay đổi mức độ không đối xứng của điện áp trong lưới trung áp, tăng chi phí đầu tư và chi phí vận hành tương ứng

Do đó, để khắc phục những tồn tại vừa nêu, đề tài đi sâu vào nghiên cứu ảnh hưởng của việc thay thế máy biến áp ba pha bằng máy biến áp một pha tới các chỉ tiêu kỹ thuật của lưới điện phân phối trung hạ áp khu vực quận Kiến An và đề xuất các giải pháp nhằm nâng cao hiệu quả vận hành để nâng cao chất lượng điện năng, giảm tổn thất, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện Từ đó làm cơ sở áp

dụng cho các khu vực có lưới điện phân phối tương tự

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: Trạm biến áp Hai Bà Trưng 1 thuộc điện lực Kiến An

- Phạm vi nghiên cứu:

+ Luận văn sẽ nghiên cứu khả năng đề xuất và đề xuất phương án thay thế máy biến áp ba pha bằng máy biến áp một pha trong lưới điện phân phối trung hạ áp ở khu vực quận Kiến An

+ Tính toán đánh giá ảnh hưởng của việc thay thế máy biến áp ba pha bằng máy biến áp một pha trong lưới phân phối trung hạ áp tới các thông số kỹ thuật

4 Phương pháp nghiên cứu

Đề tài thực hiện nghiên cứu, tính toán các thông số, chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật cho một suất tuyến 0,4kV của lưới phân phối khu vực Kiến An, Hải Phòng, sau đó

đề xuất các phương án thay thế máy biến áp bap ha bằng máy biến áp một pha, thay thế đường dây 0,4kV bằng đường dây 22kV từ vị trí trạm 22/0,4kV, máy biến áp một pha đặt tại gần các cụm phụ tải tiêu thụ với công suất nhỏ, cấp điện cho các cụm phụ tải

Nghiên cứu sử dụng chức năng tính toán lưới điện không đối xứng trong chương trình phân tích lưới điện PSS/ADEPT để mô phỏng và tính toán sơ đồ lưới điện Điện lực Kiến An Đánh giá kết quả phân tích các thông số tổn thất điện năng tại các nút phụ tải dân sinh và công suất truyền tải trên đường dây

5 Nội dung nghiên cứu

Căn cứ vào mục đích, đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu, đề tài được đặt tên như sau: “Nghiên cứu, đánh giá hiệu quả kinh tế của việc thay thế máy biến áp ba pha bằng máy biến áp một pha trong lưới điện phân phối trung hạ áp khu

vực Kiến An, Hải Phòng”

Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục trong luận văn gồm

có các chương như sau:

- CHƯƠNG 1 VẤN ĐỀ TỐI ƯU HÓA CẤU TRÚC LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TRUNG – HẠ ÁP

- CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VÀ ĐÁNH GIÁ CÁC CHỈ

TIÊU CỦA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI KHÔNG ĐỐI XỨNG

- CHƯƠNG 3 ÁP DỤNG TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 22 KV KIẾN AN, HẢI PHÒNG

- KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

- TÀI LIỆU THAM KHẢO

- PHỤ LỤC

CHƯƠNG 1 VẤN ĐỀ TỐI ƯU HÓA CẤU TRÖC LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI

TRUNG – HẠ ÁP 1.1 Các yêu cầu đối với lưới điện phân phối

1.1.1 Đặc điểm của lưới điện phân phối

Lưới điện là bộ phận của hệ thống điện làm nhiệm vụ tải điện từ các nguồn điện đến các phụ tải dùng điện (theo [5]) Theo chức năng của mỗi loại lưới, lưới điện được phân loại thành:

- Lưới hệ thống: Nối liền các nhà máy điện và các trạm trung gian khu vực tạo thành hệ thống điện, lưới điện này có yêu cầu độ tin cậy rất cao nên có nhiều mạch vòng kín và vận hành kín Lưới hệ thống có điện áp cao áp và siêu cao áp

- Lưới truyền tải: Tải điện từ nhà máy điện hoặc các trạm khu vực đến các trạm trung gian địa phương, lưới điện này có mạch vòng kín đơn giản và có thể vận hành kín hoặc hở Lưới điện này có điện áp 35, 110, 220 kV

- Lưới phân phối: Đưa điện năng từ các nguồn điện hay các trạm trung gian (địa phương hay khu vực) đến phụ tải Lưới phân phối được chia thành lưới phân phối trung áp và lưới phân phối hạ áp

Đối tượng nghiên cứu của luận văn là lưới điện phân phối (LĐPP) trung và hạ

áp Tại các đơn vị Điện lực tại Việt nam tồn tại 2 kiểu LĐPP, gồm lưới phân phối

ba pha ba dây và ba pha bốn dây

a Lưới ba pha ba dây (3p3): Lưới chỉ có 3 dây pha, các máy biến áp phân phối được cấp điện bằng điện áp dây Về mặt kỹ thuật, khi một pha chạm đất, nếu dòng điện chạm đất do điện dung của các pha đối với đất lớn sẽ xảy ra hồ quang lặp lạp, hiện tượng này gây ra quá điện áp khá lớn (3,5 lần Upha đm), gây nguy hiểm cho cách điện của đường dây hoặc máy biến áp Để khắc phục, người ta phải nối đất trung tính của các cuộn dây trung áp Đây là nối đất kỹ thuật (cùng với nối đất lưới cao áp, được gọi chung là nối đất làm việc)

Trung tính của phía trung áp được nối đất theo một trong ba cách sau:

- Nối trực tiếp xuống đất: Loại trừ hồ quang lặp lại bằng cách cắt ngay đường dây vì lúc này dòng ngắn mạch rất lớn

- Nối đất qua tổng trở: Nối đất qua điện trở hoặc điện kháng nhằm giảm dòng ngắn mạch xuống mức cho phép

- Nối đất qua cuộn dập hồ quang (cuộn Petersen): Điện kháng của cuộn dập hồ quang tạo ra dòng điện có tính cảm triệt tiêu dòng điện điện dung khi chạm đất làm cho dòng điện tổng đi qua điểm chạm đất nhỏ đến mức không sinh ra hồ quang lặp lại Khi đó, trong trường hợp sự cố chạm đất một pha, lưới điện vẫn có thể tiếp tục vận hành

b Lưới ba pha bốn dây (3p4): Ngoài 3 dây pha còn có dây trung tính, các máy biến áp phân phối được cấp điện bằng điện áp dây (máy biến áp 3 pha) và điện áp pha (máy biến áp 1 pha) Trung tính của các cuộn dây trung áp được nối đất trực tiếp Với loại lưới điện này khi xảy ra chạm đất sẽ dẫn tới ngắn mạch, đoạn dây sẽ được cắt ra khỏi lưới ngay khi xảy ra chạm đất 1 pha

Có 6 loại sơ đồ cơ sở lưới phân phối trung áp:

- Lưới phân phối hình tia: Chi phí xây dựng thấp, đồng thời độ tin cậy rất thấp Khi xảy ra sự cố trên đường dây, buộc phải cắt toàn bộ mạch

- Lưới phân phối hình tia có phân đoạn: Độ tin cậy cao hơn Phân đoạn lưới phía nguồn có độ tin cậy cao do sự cố hay dừng điện công tác trên đoạn lưới phía sau máy phân đoạn ít ảnh hưởng tới phân đoạn trước Nếu thiết bị phân đoạn là máy cắt thì không có ảnh hưởng, nếu là dao cách ly thì có ảnh hưởng trong khoảng thời gian thao tác dao cách ly

- Lưới phân phối kín vận hành hở, do 1 nguồn cung cấp: Độ tin cậy cao hơn nữa do mỗi phân đoạn được cấp điện từ 2 phía Lưới điện này có thể vận hành kín cho độ tin cậy cao nhưng phải trang bị máy cắt và thiết bị bảo vệ có hướng đắt tiền Vận hành hở có độ tin cậy thấp hơn một chút do phải thao tác khi sự cố nhưng chi phí thấp hơn, có thể dùng dao cách ly tự động hay điều khiển từ xa

- Lưới phân phối kín vận hành hở, do 2 nguồn độc lập cấp điện: Lưới này bắt buộc phải vận hành hở vì không đảm bảo điều kiện vận hành song song lưới điện ở các điểm phân đoạn, khi thao tác có thể xảy ra ngắn mạch

- Lưới điện kiểu đường trục, cấp điện cho một trạm cắt hay trạm biến áp, từ đó

có các đường dây cấp điện cho các trạm biến áp phụ tải Trên các đường dây cấp điện không có nhãnh rẽ, loại này có độ tin cậy cao, thường được sử dụng để cấp điện cho các xí nghiệp hay các nhóm phụ tải nằm xa trạm nguồn và có yêu cầu công suất lớn

- Lưới điện có đường dây dự phòng chung: có nhiều đường dây phân phối được dự phòng chung bởi một đường dây dự phòng Lưới điện này độ tin cậy cao hơn và giá thành thấp hơn so với kiểu một đường dây dự phòng cho một đường dây như ở trên Loại này thường được áp dụng cho lưới cáp

Trong thực tế, lưới điện là tổ hợp của 5 loại lưới kể trên, được áp dụng cụ thể cho lưới trên không hay lưới cáp ngầm và ở mỗi hệ thống có kiểu sơ đồ riêng Lưới điện có thể điều khiển từ xa nhờ hệ thống SCADA và cũng có thể được điều khiển bằng tay Các thiết bị phân đoạn phải là loại không đòi hỏi bảo dưỡng định kỳ và xác suất sự cố rất nhỏ, đến mức có thể coi như tuyệt đối tin cậy

- Loại lưới phân phối thứ 6: hệ thống phân phối điện, đây là dạng cao cấp nhất

và hoàn hảo nhất của lưới phân phối trung áp với nhiều nguồn điện, nhiều đường dây tạo thành mạch kín, có nhiều điểm đặt các thiết bị phân đoạn Lưới điện bắt buộc phải điều khiển từ xa với sự trợ giúp của các máy tính và hệ thống SCADA Các điểm cắt được chọn theo điều kiện tổn thất điện năng nhỏ nhất cho chế độ bình thường, chọn lại theo mùa trong năm và chọn theo điều kiện an toàn cao nhất khi sự

cố

Lưới phân phối điện hạ áp:

Lưới điện cung cấp điện cho các phụ tải hạ áp từ các trạm phân phối Được thực hiện bằng đường dây trên không, cáp ngầm hay cáp treo (cáp vặn xoắn), hoặc

sử dụng thanh dẫn (đối với lưới điện cấp điện cho xí nghiệp) hoặc nằm ngầm trong tường đối khi cấp điện trong nhà Để có thể lấy ra cả hai loại điện áp 380V và

220V, cuộn dây hạ áp của máy biến áp phân phối nối sao có dây trung tính, trung tính của máy biến áp được nối đất trực tiếp, đây là nối đất an toàn

Lưới phân phối hạ áp có 2 loại sơ đồ là sơ đồ 3 pha 4 dây gồm 3 dây pha và 1 dây trung tính, lưới 3 pha 5 dây gồm 3 dây pha, dây trung tín và dây nối đất an toàn Lưới hạ áp 3 pha 5 dây sử dụng relay so lệch có độ nhạy cao để đảm bảo an toàn cao nhất cho người vận hành, sử dụng điện năng Lưới điện loại này có thể có nhiều dạng khác nhau, làm chung cho toàn lưới hạ áp của một trạm phân phối, cũng có thể làm riêng cho từng hộ dùng điện, nhà ở, công sở

Hình 1.1

Đối với lưới điện 3 pha 4 dây, để đảm bảo an toàn, người ta nối đất vỏ thiết bị chung với dây trung tính Khi xảy ra chạm mát vỏ thiết bị, sẽ có dòng ngắn mạch 1 pha làm nhảy thiết bị bảo vệ Tuy nhiên, cần dòng ngắn mạch đủ lớn để thiết bị đóng cắt tác động Do đó, loại này không an toàn bằng loại 5 dây

1.1.2 Các yêu cầu về kỹ thuật của lưới điện phân phối

Các yêu cầu về kỹ thuật đối với LĐPP trong quy hoạch và vận hành được quy định trong thông tư 39/2015/TT-BCT của Bộ Công thương ([3]) Trong đó yêu cầu tổng quát đối với lưới điện là cung cấp điện năng cho phụ tải đáp ứng các tiêu chuẩn chất lượng hoạt động với chất lượng điện năng đảm bảo, độ tin cậy cao, an toàn cho người sử dụng, người vận hành và đem lại cho doanh nghiệp điện lợi nhuận cao nhất trong toàn bộ thời gian vận hành Đối với lưới điện tĩnh, đó là thời gian tuổi thọ kỹ thuật, sau thời gian này, đường dây hay máy biến áp được thay mới Đối với lưới điện phát triển là thời gian quy ước: 15 năm Lợi nhuận tối đa có thể được thể hiện qua giá thành tải điện trung bình trong thời gian vận hành của lưới điện là tối

thiểu Chất lượng điện năng, độ tin cậy cung cấp điện và an toàn cho thiết bị phân phối điện, cho người vận hành và người sử dụng điện được xem là các điều kiện kỹ thuật bắt buộc phải đảm bảo Các điều kiện về an toàn và chất lượng điện năng được thể hiện dưới các tiêu chuẩn kỹ thuật bắt buộc trong các tiêu chuẩn nhà nước hoặc quy phạm trang bị và vận hành lưới điện Các chỉ tiêu chất lượng điện năng bao gồm:

Chất lượng điện áp được đo ở nơi dùng điện, điện áp cấp cho các thiết bị dùng điện phải thỏa mãn các tiêu chuẩn về độ lệch so với điện áp định mức, độ dao động,

độ không đối xứng và không sin nằm trong phạm vi cho phép Khi thiết kế lưới điện, người ta thường sử dụng chỉ tiêu chất lượng điện áp gián tiếp, đó là tổn thất điện áp lớn nhất cho phép trên các loại lưới điện ở chế độ bình thường và chế độ sự

cố

Thông tư số 39 của bộ công thương quy định: “Trong chế độ vận hành bình thường, điện áp vận hành cho phép tại điểm đấu nối được phép dao động so với điện áp danh định như sau: Tại điểm đấu nối với khách hàng sử dụng điện là ±5%; tại điểm đấu nối với nhà máy điện là +10% và -5%; trường hợp nhà máy điện và khách hàng sử dụng điện đấu nối vào cùng một thanh cái trên lưới phân phối thì điện áp tại điểm đấu nối do đơn vị phân phối điện quản lý vận hành lưới điện khu vực quyết định đảm bảo phù hợp với yêu cầu kỹ thuật vận hành lưới điện phân phối

và đảm bảo chất lượng điện áp cho khách hàng sử dụng điện.”

Tiêu chuẩn về dao động điện áp: “Trong chế độ sự cố đơn lẻ hoặc trong quá trình khôi phục vận hành ổn định sau sự cố, cho phép mức dao động điện áp tại điểm đấu nối với khách hàng sử dụng điện bị ảnh hưởng trực tiếp do sự cố trong khoảng +05% và -10% so với điện áp danh định Trong chế độ sự cố nghiêm trọng

hệ thống điện truyền tải hoặc khôi phục sự cố,cho phép dạo động điện áp trong khoảng ±10% so với điện áp danh định.” (Theo [2,4])

Chất lượng về tần số: Tần số của dòng điện được truyền tới phụ tải phải thỏa mãn các tiêu chuẩn về độ lệch và dao động Chỉ tiêu này là chỉ số chung của cả hệ thống nên thường không xét đến trong các bài toán tính toán riêng của lưới điện

Các yêu cầu về an toàn gồm có an toàn cho thiết bị phân phối điện, cho hệ thống điện và cho người vận hành cũng như khách hàng sử dụng điện Những điều kiện đó là:

Dòng điện đi qua thiết bị phân phối điện phải nhỏ hơn giá trị cho phép Icp của dây dẫn Nếu dòng điện quá lớn sẽ dẫn đến phát nóng, gây hỏng thiết bị

Điện áp ở mọi nơi trên lưới điện phải nhỏ hơn giá trị cho phép, tránh gây phóng điện làm hỏng thiết bị hoặc gây ngắn mạch, dẫn đến thiết bị bảo vệ tác động, làm mất điện Cần có thiết bị bảo vệ để hạn chế quá điện áp khí quyển và quá điện

áp nội bộ gây hỏng thiết bị phân phối và (hoặc) gây mất điện

Yêu cầu về an toàn cho người vận hành, sử dụng, tiêu thụ điện: nguy cơ người

bị điện giật thấp hơn ngưỡng cho phép, điều này thể hiện qua các tiêu chuẩn về khoảng cách đường dây với đất và xung quanh, tiêu chuẩn của hệ thống nối đất an toàn…

Về tổn thất điện năng:

Chỉ tiêu tổn thất điện năng vầng quang: tổn thất điện năng do vầng quang trên lưới điện khi điện trường trên bề mặt dây dẫn quá cao Tổn thất này thường rất lớn, nên để hạn chế tổn thất vầng quang người ta quy định tiết diện tối thiểu cho lưới điện 110kV là 70mm2, lưới điện 220kV là 240mm2, đây là điều kiện bắt buộc khi thiết kế lưới điện

“Tổn thất điện năng kỹ thuật là tổn thất điện năng gây ra do bản chất vật lý của đường dây dẫn điện, trang thiết bị điện trên lưới điện phân phối

Tổn thất điện năng phi kỹ thuật là tổn thất điện năng do ảnh hưởng của các yếu

tố trong quá trình quản lý kinh doanh điện mà không phải do bản chất vật lý của đường dây dẫn điện, trang thiết bị điện trên lưới điện phân phối gây ra

Trước ngày 15 tháng 11 hàng năm, tập đoàn Điện lực Việt Nam có trách nhiệm xây dựng kế hoạch về độ tin cậy cung cấp điện và tổn thất điện năng cho năm tiếp theo của các đơn vị phân phối để trình Cục Điều tiết điện lực xem xét, phê duyệt

Trước ngày 15 tháng 12 hàng năm, Cục Điều tiết điện lực phê duyệt chỉ tiêu

độ tin cậy cung cấp điện và tổn thất điện năng của từng đơn vị phân phối điện làm

cơ sở tính toán chi phí phân phối điện cho đơn vị phân phối điện.” (theo [4])

Chỉ tiêu độ tin cậy cũng cấp điện được xem xét chọn mức tin cậy hợp lý về kinh tế, việc này có thể được thực hiện khi chọn phương án lưới điện hoặc được quy định như một tiêu chuẩn kỹ thuật bắt buộc Mức tin cậy hợp lý được chọn sao cho tổng chi phí do mất điện và tổng chi phí nâng cao độ tin cậy là nhỏ nhất

Mục tiêu này được thực hiện trong quy hoạch thiết kế và vận hành Trong quy hoạch, đó là việc chọn kết cấu lưới điện tối ưu cho khoảng thời gian nhất định Chỉ tiêu giá thành tải điện nhỏ nhất không thể xác định trực tiếp mà thể hiện qua các chỉ tiêu kinh tế khác được dùng trong quy hoạch Trong thiết kế, việc chọn thiết bị chính, thiết bị điều khiển, bảo vệ và giải pháp thực hiện tối ưu Trong vận hành, tiêu chuẩn đó được thể hiện trong điều khiển vận hành sao cho các chỉ tiêu kỹ thuật đảm bảo, chỉ tiêu kinh tế đạt giá trị tốt nhất, đó là tổn thất điện năng nhỏ nhất, tổn thất công suất trong chế độ max là nhỏ nhất

Ngoài ra một yêu cầu quan trọng đối với lưới điện là khả năng tải của lưới Khả năng tải của lưới điện là dòng điện hoặc công suất mà đường dây hay máy biến

áp có thể tải được mà không bị vi phạm các tiêu chuẩn kỹ thuật, không gây ra các nguy hại cho chính đường dây, máy biến áp, cho hệ thống điện và phụ tải điện Đối với lưới hệ thống và lưới truyền tải, khả năng tải là giới hạn nhiệt của đường dây và máy biến áp và điều kiện ổn định tĩnh của hệ thống điện Khả năng tải được đặc trưng bằng công suất tự nhiên của đường dây, đó là công suất thuận lợi nhất cho hoạt động của đường dây, đường dây được thiết kế theo công suất này Điều kiện ổn định được tính riêng cho các trường hợp cụ thể

Khả năng tải của đường dây cao áp từ 110kV trở lên theo công suất tự nhiên được tính theo công suất tự nhiên như sau:

Khả năng tải của lưới phân phối tính theo công suất và độ dài tải điện:

10 Cáp có tiết diện f = 240

mm2, đường dây trên

không tiết diện 120 mm2

6,15 8 8,35 13,9 6,5 6,5 2,25 3,75

Với độ dài lớn nhất tính theo Smax và ΔUcp = 6%, cosφ = 0,9, một phụ tải thì đặt ở cuối đường dây, còn trường hợp 5 phụ tải thì phân bố đều dọc theo đường dây Đối với lưới trung áp có trung tính cách điện, độ dài tổng của các đường dây thuộc một trạm trung gian bị hạn chế bởi điều kiện hạn chế dòng điện chạm đất Icđ,

do điện dung của đường dây gây ra Với lưới 6kV, Icđ phải nhỏ hơn 30A, lưới 10kV phải nhỏ hơn 20A, lưới 20kV nhỏ hơn 15A, lưới 35kV nhỏ hơn 10A

Đối với lưới cáp và trên không độ dài giới hạn [km] của đường dây được cho trong bảng:

Lưới trên không 1300 600 200 85

1.2 Bài toán giảm tổn thất điện năng, tổn thất điện áp trong lưới phân phối 1.2.1 Tổn thất công suất trong lưới phân phối

Đánh giá tổn thất công suất trên đường dây tải điện

Do đường dây cũng như máy biến áp đều có thể mô tả bằng sơ đồ mạch tương đương, trong đó xuất hiện thành phần điện trở và điện kháng Một phần công suất truyền tải bị tiêu thụ trên những thành phần này, gây ra tổn thất công suất

Tổn thất công suất trên đường dây bao gồm tổn thất công suất tác dụng và tổn thất công suất phản kháng xảy ra trên đường dây

Tổn thất công suất tác dụng trên một pha được tính bằng công thức:

Nếu tính trên ba pha ta có công thức:

Ta đã có: ̇ ̂

√ ̂

√ ̂

Nếu chọn ̇ làm gốc tính toán, ta có: ̇ ̂

Thay vào ta có:

Tổn thất công suất biểu kiến:

Nếu muốn sử dụng giá trị U1 để tính toán tổn thất công suất thì công suất trong công thức trên sẽ lấy ở đầu đường dây: P’12 và Q’12 Tổn thất công suất trên máy biến áp Tổn thất công suất trong máy biến áp được chia làm hai phần: phần phụ thuộc vào phụ tải (tổn thất đồng) và phần không phụ thuộc vào tải (tổn thất sắt) Phần không phụ thuộc vào tải là tổn thất trong lõi thép của máy biến áp, tổn thất này không phụ thuộc vào công suất qua máy mà chỉ phụ thuộc vào cấu tạo của máy biến áp Tổn thất này được xác định theo các số liệu kỹ thuật của máy:

Trong đó: ΔP0 là tổn thất công suất tác dụng không tải của máy biến áp; ΔQ0 là tổn thất công suất phản kháng không tải của máy biến áp, được tính bằng công thức:

Phần còn lại phụ thuộc vào công suất tải đi qua máy, được xác định như sau:

(

*

Trong đó, S, P, Q là công suất truyền qua máy biến áp, Sđm là công suất định mức của máy biến áp, ΔPN là tổn thất công suất khi ngắn mạch Chú ý, khi dùng Rb

và Xb tính theo điện áp phía nào thì điện áp Uđmb lấy của phía đó

Tổn thất công suất trong các máy biến áp:

(

*

Trong trường hợp có n máy biến áp giống nhau làm việc song song, tổn thất công suất sẽ được tính bằng:

(

*

1.2.2 Tổn thất điện áp trong lưới phân phối

Tổn thất điện áp trên đường dây tải điện:

Xét một đường dây tổng quát, có nút đầu là 1 và nút cuối là 2 Thông số đường dây được tính: điện trở R12; cảm kháng X12 và dung dẫn B12 Đường dây cung cấp điện cho một phụ tải công suất P2 + jQ2, công suất bơm vào nút 1 là P1 + jQ1 Công suất tải từ đường dây vào nút 2 là P”12 + jQ”12; công suất từ nút 1 đi vào đường dây

là P’12 + jQ’12

Hình 1.2

Giả sử rằng phụ tải tại nút 2 có tính cảm, tức là dòng điện trên đường dây: ̇12 chậm pha hơn so với điện áp ̇2, lấy ̇2 làm gốc tính toán

Hình 1.3

Dòng điện dây ̇ có thể phân tích thành 2 thành phần, phần thực I12r trùng với trục ̇ và thành phần ảo I12i vuông góc với ̇ ,

̇ Tổn thất điện áp pha trên đường dây được tính bằng:

̇ ̇ ̇ Tổn thất điện áp dây bằng √ lần tổn thất điện áp pha:

̇ √ ̇ √

̇ √

√ ̇

̃ √ ̇ ̂ ̇ ̂

√ ̂

√ ̂ ̇ √ ̇ ̇ ̂ ̇ ̂ ̂ Nếu tính theo ̇ thì cần lấy công suất tại nút 1: S’12 = P’12 + jQ’12

Tổn thất điện áp trên máy biến áp:

Sơ đồ thay thế của máy biến áp hai cuộn dây đƣợc mô tả nhƣ sau:

Hình 1.4

Nếu có thể bỏ qua tổn thất công suất không tải ΔS0 thì:

1.3 Giải pháp thay thế máy biến áp ba pha bằng máy biến áp một pha

1.3.1 Nguyên lý hoạt động của máy biến áp

Máy biến áp là một loại máy điện tĩnh, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện

từ dùng để biến đổi điện áp từ giá trị này sang giá trị khác mà không làm thay đổi tần số của dòng điện

Cấu tạo của máy biến áp gồm có 2 bộ phận chính là lõi thép và dây quấn Lõi thép làm từ vật liệu dẫn từ tốt Để hạn chế dòng điện Fuco, lõi thép của máy biến áp đƣợc tạo thành từ các lá thép kỹ thuật điện ghép lại với nhau sau khi đƣợc sơn cách điện Lõi thép của máy biến áp có thể có một số hình dạng nhƣ sau:

Hình 1.5

Dây quấn máy biến áp thường được làm từ đồng, nhôm, có tiết diện hình tròn hoặc hình chữ nhật Dây quấn được quấn quanh lõi thép làm nhiều vòng sau khi đã được cách điện với nhau và với lõi thép Tùy theo công dụng, công suất truyền tải qua máy, người ta sử dụng máy biến áp 3 pha, 1 pha

Ngoài ra còn có các bộ phận phụ khác như vỏ máy để bảo vệ phần lõi máy và cuộn dây, hệ thống làm mát và cách điện, sứ xuyên để đưa đầu dây quấn ra ngoài

Bộ phận chuyển mạch, rơ le bảo vệ, bình dãn dầu, thiết bị chống ẩm Về hệ thống làm mát có hai loại: Loại làm mát khô là làm mát bằng không khí, có loại cưỡng bức và loại không cưỡng bức, loại làm mát ướt, ở loại này cả lõi thép và dây quấn được đặt trong một thùng chứa dầu biến áp vừa có tác dụng làm mát vừa tạo lớp cách điện ngăn cách lõi máy và vỏ máy

Nguyên lý hoạt động của máy biến áp:

Khi cấp nguồn điện áp xoay chiều U1 vào cuộn dây sơ cấp của máy biến áp, trong cuộn dây sơ cấp sẽ hình thành dòng điện sơ cấp I1, dòng điện I1 sinh ra từ thông biến thiên Φ:

Nhờ có lõi thép kỹ thuật điện, phần lớn từ thông này được định hướng chạy trong lõi thép, móc vòng đồng thời qua hai cuộn dây sơ cấp và thứ cấp Theo định luật cảm ứng điện từ, trên 2 cuộn dây sinh ra suất điện động cảm ứng:

⁄ Với tần số công nghiệp f = 50 Hz ta có:

√ Giá trị hiệu dụng của suất điện động sơ cấp:

Suất điện động sinh ra trên cuộn dây thứ cấp:

⁄

√ Giá trị hiệu dụng:

Trong trường hợp máy biến áp lý tưởng, có thể bỏ qua tổn thất trên các dây quấn =>

⁄ ⁄ ⁄

Từ thông tản thứ cấp móc vòng qua cuộn dây thứ cấp và được đặc trưng bởi điện cảm tản thứ cấp L2:

Với chiều dòng điện, điện áp được chọn như hình vẽ, phương trình Kirchoff 2

mô tả mạch điện phía sơ cấp có dạng như sau:

̇ ̇ ̇ ̇ ̇ ̇

̇ ̅ ̇ ̇Với Z1 là tổng trở phức sơ cấp:

̅ Điện kháng tản sơ cấp:

Như vậy mạch điện mô tả phía sơ cấp được biểu diễn như sau:

Hình 1.7

Về phía thứ cấp, ta cũng có thể mô tả các hiện tượng xảy ra trong mạch thứ cấp bằng một mạch điện:

Với chiều điện áp U2, suất điện động và dòng điện thứ cấp như hình 1.6, ta có phương trình Kirchoff 2 mô tả mạch thứ cấp như sau:

̇ ̇ ̇ ̇ ̇ ̅ ̇Với Z1 là tổng trở phức thứ cấp:

̅ Điện kháng tản thứ cấp:

Mạch điện mô tả phía thứ cấp:

Hình 1.8

Do điện áp rơi trên dây quấn sơ cấp Z1 thường rất nhỏ nên có thể coi gần đúng:

U1=E1 Nếu điện áp đặt vào sơ cấp biến áp U1 không đổi thì E1 = 4,44f.w1.Φmax cũng không đổi Vậy Φmax cũng không đổi Ở chế độ không tải, dòng thứ cấp bằng không, từ thông chính do sức từ động sơ cấp i0.w1 sinh ra

Khi máy biến áp mang tải, từ thông chính do sức từ động tổng hợp i1w1 - i2w2sinh ra Do từ thông chính Φmax không đổi nên ta có:

=>

Đặt i2’ = i2/k là dòng điện thứ cấp quy đổi về sơ cấp ta thu được:

Chuyển sang miền phức:

̇ ̇ ̇

Do phía sơ cấp và phía thứ cấp liên hệ với nhau qua mạch từ nên phải thực hiện phép quy đổi từ phía thứ cấp về phía sơ cấp để có liên hệ trực tiếp về điện:

̇ ̇ ̅ ̇ ̇ ̅ ̇Các đại lượng được quy đổi như sau:

Từ thông chính do dòng điện không tải I0 sinh ra nên có thể xem như:

̇ ̇ ̇ ̅ ̇

=>

,

̇ ̇ ̅ ̅ ̇ ̇ ̅ ̇ ̅ ̇ ̇ ̇ ̇Với hệ phương trình như trên, máy biến áp có thể được mô tả bằng mạch điện tương đương như sau:

Hình 1.9

Tổng trở từ hóa Zth rất lớn so với các tổng trở dây quấn sơ cấp Z1 và thứ cấp

Z2, nên có thể đơn giản hóa như sau:

Hình 1.10

Các tổng trở dây quấn sơ cấp Z1 và thứ cấp qui đổi về phía sơ cấp Z’2 nối tiếp nhau, có thể biến đổi tương đương:

Hình 1.11

Rn = R1 + R’2 là điện trở ngắn mạch của máy biến áp

Xn = X1 + X’2 là điện kháng ngắn mạch của máy biến áp

Các chỉ số trên có thể thu được từ thí nghiệm không tải và thí nghiệm ngắn mạch máy biến áp

1.3.2 So sánh máy biến áp một pha và máy biến áp ba pha

Theo cấu tạo và số pha sử dụng, có thể phân loại máy biến áp thành máy biến

áp một pha và máy biến áp ba pha Sự khác nhau cơ bản giữa hai loại máy này là số lượng cuộn dây sử dụng trong mỗi loại Từ đó dẫn tới những ưu nhược điểm của mỗi loại máy biến áp

Máy biến áp ba pha có sáu cuộn dây, ba cho phía sơ cấp và ba cho phía thứ cấp, trong quá trình làm việc, thông qua từ thông trong các trụ lõi thép, máy biến áp

ba pha sẽ đồng thời biến đổi điện áp ba pha sơ cấp thành điện áp ba pha phía thứ cấp Trong khi đó, máy biến áp một pha chỉ có hai cuộn dây sơ cấp và thứ cấp Như vậy, máy biến áp một pha có hai cực, cần phải kết nối với hai dây pha hoặc một dây pha, một dây trung tính còn máy biến áp ba pha có 6 cực, có thể mắc các cực này với nhau để tạo nên tổ đấu dây hình sao hay tam giác, sử dụng điện áp pha và điện

áp dây Sự khác biệt về số cuộn dây dẫn tới sự khác nhau về lõi thép của hai loại máy biến áp, thông thường, lõi thép của máy biến áp ba pha chắc chắn lớn hơn lõi thép của máy biến áp một pha cùng công suất

Hình 1.12

Máy biến áp một pha thường dùng cho những phụ tải sinh hoạt với công suất nhỏ Máy biến áp ba pha thường dùng cho tải công nghiệp, có công suất lớn, máy

biến áp ba pha cũng được sử dụng chủ yếu trong lưới truyền tải và lưới phân phối trung áp

So sánh ưu nhược điểm của máy biến áp ba pha và máy biến áp một pha:

Máy biến áp ba pha có ưu điểm là cuộn dây được kết nối sẵn từ trong máy, khi lắp đặt vào lưới chỉ cần kết nối các đầu dây tới sơ cấp và thứ cấp vào các cực được

bố trí trên nắp máy Trong khi đó nếu sử dụng ba máy biến áp một pha thì sẽ cần phải kết nối các máy biến áp một pha với nhau dưới dạng hình sao hoặc tam giác Việc vận hành đồng thời cũng đảm bảo điều kiện đối xứng của lưới sử dụng máy biến áp ba pha cao hơn so với máy một pha

Nếu so sánh với ba máy biến áp một pha có tổng công suất tương đương thì một máy biến áp một pha sẽ có kích thước nhỏ hơn, các thiết bị đi kèm như thanh cái, máy cắt, dao cách ly, cầu chì tự rơi, hệ thống đo lường và bảo vệ sẽ dễ dàng lắp đặt và kết nối hơn so với trường hợp sử dụng ba máy biến áp một pha đặt tại cùng

vị trí Hơn nữa, tổn thất không tải trong lõi thép máy biến áp ba pha cũng sẽ ít hơn

so với ba máy biến áp một pha có cùng công suất Từ đó dẫn tới hiệu suất làm việc cao hơn và chi phí lắp đặt cũng như vận hành thấp hơn so với ba máy biến áp một pha

Nhược điểm của máy biến áp ba pha:

Máy biến áp ba pha trong trường hợp một pha bị sự cố sẽ buộc phải ngừng máy hoàn toàn Lí do là bởi vì máy biến áp ba pha sử dụng chung một lõi thép cho

cả ba pha Nếu một pha bị mất pha lõi thép sẽ bị bão hòa mạch từ do không có từ trường cân bằng Điều này dẫn đến một lượng lớn từ thông sẽ thoát ra ngoài vỏ máy

và gây phát nóng với nguy cơ cháy nổ cao

Máy biến áp ba pha có chi phí dự phòng, sửa chữa và bảo dưỡng cao hơn so với máy biến áp một pha

Ưu điểm của máy biến áp một pha:

Mặc dù với cùng công suất thì máy biến áp một pha có quá nhiều nhược điểm

so với máy biến áp ba pha Tuy nhiên, trong trường hợp phụ tải nhỏ, máy biến áp một pha có những ưu thế rõ rệt

Hình 1.13

Trước hết, máy biến áp ba pha thường không được chế tạo với những gam máy công suất nhỏ do vấn đề cân đối về chi phí và hiệu quả làm việc Trong khi đó, máy biến áp một pha có thể chế tạo những gam máy có công suất nhỏ, kích thước nhỏ gọn, phù hợp để dẫn sâu tới từng phụ tải

Trong trường hợp xảy ra sự cố một mạch hoặc một máy biến áp, hệ thống bảo

vệ có thể cắt phần sự cố ra khỏi mạch mà không làm gián đoạn hoạt động của các pha còn lại Điều này giúp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện

Chi phí dành cho sửa chữa, bảo hành, dự trữ máy biến áp một pha nhỏ hơn khá nhiều so với máy biến áp ba pha

1.4 Sự khác nhau giữa cấu trúc lưới phân phối ở Mỹ/Nhật và một số nước châu Âu

Lưới phân phối trên thế giới được quy hoạch theo một số chiến lược thiết kế khác nhau Trong đó điển hình là hai dạng lưới phân phối của một số nước châu Âu

và Bắc Mỹ/Nhật Bản Sự khác biệt thấy rõ nhất là ở cấp điện áp hạ áp sử dụng cho các thiết bị dân dụng và sinh hoạt Hiện nay Việt Nam sử dụng mô hình hệ thống phân phối điện tương đối giống với các nước châu Âu với cấp điện áp hạ áp là 220V, trong khi cấp điện áp hạ áp sử dụng tại Bắc Mỹ là 120V và nội địa Nhật là 100V Phần cứng của hai dạng lưới phân phối này về cơ bản là giống nhau, với các thiết bị như đường dây, cáp, cách điện, chống sét van, máy biến áp hầu hết đều tương đồng

Sự khác biệt giữa hai hệ thống nằm ở cách lắp đặt, cấu hình, và vị trí lắp đặt thiết bị Sự khác biệt được thể hiện qua hình dưới đây:

Hình 1.14

Trong hình trên, có thể thấy, hệ thống phân phối của châu Âu sử dụng máy biến áp phân phối có công suất lớn hơn và cấp điện cho một nhóm gồm nhiều hộ tiêu thụ hơn với một máy biến áp tại vị trí tâm phụ tải Máy biến áp hạ áp được sử dụng là máy biến áp ba pha, hạ điện áp từ trung áp xuống hạ áp với dải công suất kéo dài từ 100 tới 10000 kVA, lớn hơn nhiều so với trong lưới phân phối tại Bắc

Mỹ và Nhật Bản Sau khi hạ áp, hệ thống 3 pha sẽ được kéo tới hộ tiêu thụ ở cấp điện áp 220/380V Ở lưới phân phối khu vực Bắc Mỹ, lưới trung áp sử dụng lưới 3 pha 4 dây, hệ thống kéo tới hộ tiêu thụ là hệ thống một pha với cấp điện áp 12,47

kV, sau khi tới gần hộ tiêu thụ mới sử dụng máy biến áp hạ áp để cấp điện cho một hoặc một nhóm các phụ tải nằm gần nhau Lưới phân phối ở Bắc Mỹ sử dụng máy biến áp một pha với công suất nhỏ để hạ áp xuống điện áp 120V trước khi đưa vào

hộ tiêu thụ

Cấp điện áp thứ cấp là một trong những nguyên nhân thúc đẩy sự khác biệt ở lưới phân phối này Đối với Bắc Mỹ, cấp điện áp tiêu chuẩn được sử dụng là 120V,

do sụt áp phụ thuộc vào quãng đường truyền nên đường dây hạ áp của châu Âu với điện áp lớn gấp đôi có thể truyền tải cùng công suất đi xa hơn 4 lần so với ở Mỹ Nguyên nhân thứ 2 có thể kể đến là do kiến trúc đường xá, cơ sở hạ tầng Nếu như ở Việt Nam và các nước châu Âu, đường xá và nhà cửa được xây dựng trước khi hệ thống phân phối điện phát triển, khiến cho thiết kế của lưới phân phối phải phù hợp với kiến trúc có sẵn thì ở Bắc Mỹ, nhiều con đường và hệ thống điện được xây dựng đồng thời Hơn nữa, nhà cửa ở Việt Nam và các nước châu Âu có xu hướng nhỏ và nằm tập trung hơn ở Mỹ

Mỗi hệ thống đều có ưu nhược điểm riêng, có thể so sánh một số đặc điểm như sau:

Tổng chiều dài của toàn bộ lưới điện phân phối hạ áp với sơ đồ sử dụng các máy biến áp 1 pha (Bắc Mỹ và Nhật Bản) sẽ ngắn hơn khá nhiều Cấu trúc này cho phép giảm các chỉ số tổn thất công suất và tổn thất điện năng trên lưới hạ áp so với việc sử dụng một máy biến áp 3 pha Bên cạnh đó tổn thất điện áp thấp của lưới hạ

áp cũng cho phép giảm cấp điện áp vận hành của lưới điện (100/120V), dẫn đến cho phí cách điện cho các thiết bị hạ áp giảm đáng kể Tuy nhiên chi phí đầu tư cho lưới điện phân phối cũng tăng lên nhiều khi sử dụng số lượng nhiều máy biến áp 1 pha cấp điện cho các hộ tiêu thụ

Về độ linh hoạt, hệ thống phân phối ở Bắc Mỹ có thiết kế phần sơ cấp linh hoạt hơn, lưới phân phối của châu Âu lại linh hoạt hơn ở phần thứ cấp Với lưới đô thị, do chỉ cần một máy biến áp, vị trí có thể lựa chọn linh hoạt Ở khu vực nông thôn hay những vùng dân cư rải rác, không tập trung, hệ thống của Mỹ tỏ ra ưu thế hơn khi có thể dễ dàng kết nối thêm phụ tải hoặc mở rộng, nâng cấp mạch

Về độ an toàn, hệ thống phân phối của Bắc Mỹ nhờ có hệ thống nối đất lặp lại, giúp thiết bị bảo vệ nhận biết dễ dàng hơn các sợ cố và giúp hạn chế nguy hiểm của điện áp rò trên bề mặt thiết bị khi xảy ra sự cố Tuy nhiên, về thẩm mỹ, hệ thống

của châu Âu có ưu thế hơn Hệ thống thứ cấp dễ dàng xây dựng ngầm, với số lượng trạm biến áp ít hơn, tiết kiệm không gian và diện tích hơn

Về độ tin cậy và chất lượng điện năng, nhìn chung hệ thiết kế của Bắc Mỹ dẫn tới ít sự việc gián đoạn cấp điện hơn Bằng mô hình mô phỏng hai hệ thống trên một khu vực giả thiết, tần suất gián đoạn ở lưới châu Âu cao hơn 35% Nguyên nhân có thể giải thích là do, lưới phân phối sơ cấp ở cấp điện áp trung áp lại là nơi sự cố xảy

ra nhiều hơn Mỗi khi phần lưới trung áp bị sự cố, toàn bộ hộ phụ tải gắn với lưới

đó sẽ bị mất điện Tuy nhiên về sự cố gián đoạn thì lưới Bắc Mỹ do phần hệ thống

sơ cấp là đường dây trên không dài hơn nên sự cố gián đoạn diễn ra thường xuyên hơn Do hệ thống phân phối chủ yếu ở cấp trung áp, tổn thất công suất trên đường dây phân phối ở Mỹ sẽ nhỏ hơn so với hệ thống ở châu Âu

Về tính khả thi của mô hình lưới phân phối hiện đang áp dụng tại Bắc Mỹ và Nhật Bản đối với lưới điện Việt Nam, luận văn cho rằng hoàn toàn có thể áp dụng cho những khu vực nông thôn, nơi có diện tích rộng, mật độ phân bố phụ tải thấp, đường dây hạ áp hiện nay đang phải chạy trên một quãng đường dài hoặc áp dụng cho những khu đô thị mới chuẩn bị xây dựng trong thời gian sắp tới Với biện pháp quy hoạch đồng thời đô thị và lưới điện, phương án sử dụng lưới phân phối không đối xứng với máy biến áp một pha sẽ phát huy tác dụng làm giảm tổn thất và thông qua đó giảm chi phí vận hành

1.5 Kết luận chương I

Vấn đề tối ưu hóa các thông số hoạt động của LĐPP là yêu cầu quan trọng đối với công tác quy hoạch và vận hành lưới điện tại các tổng công ty Điện lực trong giai đoạn hiện nay Các yêu cầu tối ưu hóa đặt ra trong công tác quy hoạch và vận hành lưới điện nhằm hướng tới mục tiêu nâng cao chất lượng điện năng và độ tin cậy cung cấp điện đồng thời giảm các chi phí trong quá trình quản lý vận hành Một trong những bài toán đặt ra hiện nay đối với cấu trúc hiện có của lưới điện phân phối là sử dụng máy biến áp phân phối 1 pha trên lưới điện trung áp, đây cũng là một trong những giải pháp được sử dụng tại một số nước trên thế giới để tối ưu hóa trong vận hành lưới điện

Trong nội dung chương 1, luận văn đã tìm hiểu về những yêu cầu của lưới điện phân phối, các thông số chất lượng điện năng như tổn thất điện áp, tổn thất công suất, tổn thất điện năng, mức độ liên tục cấp điện Đồng thời, luận văn cũng đã trình bày những hiểu biết về cấu tạo, nguyên lý hoạt động của các loại máy biến áp

ba pha và một pha

Luận văn đã tìm hiểu về cấu trúc, sơ đồ lưới điện phân phối của khu vực Bắc

Mỹ và Nhật Bản và so sánh với các lưới điện ở Việt Nam và khu vực châu Âu Luận văn đã so sánh các tính chất, ưu nhược điểm của 2 mô hình lưới phân phối và

từ đó nghiên cứu khả năng áp dụng mô hình của Mỹ vào lưới điện ở Việt Nam Yêu cầu đặt ra là đánh giá được hiệu quả cũng như sự thay đổi của các thông

số lưới điện khi áp dụng sự thay đổi này Bài toán cũng đòi hỏi phương pháp luận phù hợp, như phương pháp tính toán lưới điện không đối xứng trong các phần mềm máy tính tương ứng, phân tích hiện trạng cung cấp điện của lưới phân phối và đặt ra các phương án hoặc kịch bản thay thế máy biến áp 3 pha thành các máy 1 pha tương ứng, đánh giá các vị trí lắp đạt và kết nối máy biến áp khác nhau, tìm hiểu quy trình đánh giá và so sánh kinh tế các phương án… Trong nội dung các chương tiếp theo, luận văn sẽ nghiên cứu các vấn đề này trong bài toán và tính toán mô phỏng cho một đường dây của lưới điện phân phối thực tế thuộc Công ty Điện lực Hải Phòng