Nghiên cứu đề xuất giải pháp kỹ thuật lắp đặt hệ thống tự động phân phối điện DAS tại hà nội

Tuy nhiên, với lưới phân phối điện hiện tại ở các thành phố lớn của nước ta bao gồm các đường dây trung áp và hạ áp còn nhiều bất cập do lưới được thiết kế, lắp đặt và sử dụng trong một

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

PHẠM ĐẠI NGHĨA

NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP KỸ THUẬT LẮP ĐẶT

HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG PHÂN PHỐI ĐIỆN DAS TẠI HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

KỸ THUẬT ĐIỆN

Hà Nội – 2005

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

PHẠM ĐẠI NGHĨA

NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP KỸ THUẬT LẮP ĐẶT

HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG PHÂN PHỐI ĐIỆN DAS TẠI HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

KỸ THUẬT ĐIỆN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS ĐẶNG QUỐC THỐNG

CHƯƠNG I PHẦN MỞ ĐẦU

1.1 Giới thiệu:

Đề án này đề cập đến vấn đề đưa ra một kết cấu lưới điện trung áp với việc áp dụng thử nghiệm hệ thống phân phối điện tự động (Distribution Automation System-DAS) Hệ thống này được điều hành bằng hệ thống máy tính, hệ thống này đã được Nhật bản áp dụng từ 30 năm nay và ngày càng được cải tiến nâng cao hiệu quả phân phối điện

Khi áp dụng hệ thống phân phối tự động DAS ta có thể nhận được các lợi ích sau :

+ Cung cấp chất lượng điện tốt cho các phụ tải sử dụng điện

+ Giảm thời gian và khu vực mất điện, nâng cao an toàn xã hội

+ Áp dụng kỹ thuật hiện đại vào mạng lưới phân phối điện

+ Giải quyết được khủng hoảng nguồn điện

3- Lợi ích kinh tế:

+ Việc cấp điện liên tục làm cho các ngành không bị ngừng sản xuất

do mất điện

+ Ngành điện không bị mất sản lượng

+ Chi phí sản xuất của ngành điện được tiết kiệm

+ Giảm được thời gian xử lý sự cố : Đối với ngành điện tăng được sản lượng điện năng

+ Do trang bị công nghệ cao nên giảm được chi phí vận hành và chi phí quản lý

+ Cho phép vận hành tối ưu hoá lưới điện, nên tăng được sản lượng điện năng bán thêm mà không cần đầu tư cho lưới điện

4- các hiệu quả khác :

+ Tăng độ tin cậy cung cấp điện, đáp ứng các nhu cầu ngày càng cao của khách hàng, góp phần thúc đẩy các ngành kinh tế khác và thu hút vốn đầu tư nước ngoài để phát triển thủ đô

+ Đối với ngành điện - ứng dụng được công nghệ tiên tiến vào công tác quản lý vận hành, ngày càng nâng cao trình độ chuyên môn nghiệp vụ của đội ngũ cán bộ quản lý và công nhân vận hành Nâng cao uy tín của ngành điện

+ Việc áp dụng hệ thống DAS trong việc quản lý vận hành lưới trung thế là giải pháp đầu tư hiện đại hoá ngành điện theo kịp trình độ quản lý của các nước phát triển, phù hợp với chủ trương của Đảng xây dựng nước Việt Nam trở thành một nước Công nghiệp hoá và hiện đại hoá

1.2 Mục tiêu và nội dung của luận văn:

Luận văn này sẽ đề cập đến một số vấn đề trong vận hành hệ thống tự động phân phối điện DAS:

Nguyên lý làm việc của hệ thống DAS

Áp dụng DAS cho hệ thống cáp ngầm và đường dây trên không

thành cảm ơn ban Lãnh đạo Công ty Điện lực thành phố Hà Nội về sự quan tâm, giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi trong suốt thời gian học tập vừa qua Tác giả rất mong nhận được sự bổ sung, góp ý hoàn thiện nội dung từ các thầy cô giáo, các chuyên gia, bạn bè đồng nghiệp nhằm nâng cao tính khả dụng của luận văn này

CHƯƠNG 2 ĐẶT VẤN ĐỀ

Trong kế hoạch phát triển kinh tế-xã hội của đất nước đến 2010 và

2020 được trình bày trong các văn kiện Đại hội Đảng lần thứ 8 và lần thứ 9, Đảng và Chính phủ ta rất coi trọng tới vấn đề phát triển cơ sở hạ tầng kỹ thuật, trong đó rất chú trọng tới công nghiệp Năng lượng (dầu, khí, điện, than)

Những năm qua, ngành Điện lực đã và đang phát triển mạnh mẽ nhằm đáp ứng những nhu cầu tiêu thụ điện năng ngày càng tăng cao của đất nước Sản lượng điện sản xuất và mua ngoài năm 2003 đã đạt tới 40,83 tỷ kWh tăng 14,03% so với năm 2002 Theo Tổng sơ đồ phát triển Điện lực Việt nam giai đoạn 2001-2010 có xét triển vọng tới 2020 đã được Chính phủ phê duyệt; với tư cách vừa là một ngành hạ tầng cơ sở, vừa là một ngành công nghiệp sản xuất kinh doanh với công nghệ cao và đảm bảo hiệu quả kinh tế, ngành Điện lực đã có các định hướng chính sách phát triển chủ yếu :

Đảm bảo cung cấp điện an toàn với chất lượng và hiệu quả cao phục

vụ cho phát triển kinh tế-xã hội trên cơ sở đa dạng hoá nguồn cung cấp; khai thác tối đa các nguồn năng lượng có hiệu quả kinh tế ở trong nước (thuỷ điện, nhiệt điện khí, nhiệt điện than), đồng thời kết hợp với trao đổi, liên kết lưới điện hợp lý trong khu vực, trước hết với Lào và Căm-pu-chia

Sử dụng các công nghệ tiên tiến, giảm thiểu ô nhiễm môi trường

Ưu tiên xây dựng các nhà máy thuỷ điện có các lợi ích nhiều mặt, kết hợp giữa chống lũ, cấp nước với sản xuất điện

Phát triển nguồn điện đồng bộ với tăng cường phát triển hệ thống lưới

Cũng trong những năm qua, mạng lưới truyền tải điện không ngừng tăng trưởng cả về chiều dài và cấp điện áp Tháng 5/1994, đường dây siêu cao áp 500 kV Bắc Nam đầu tiên của nước ta với tổng chiều dài 1487 km

đã được đưa vào vận hành Trong những năm tới đây, các đường dây 500

kV Phú Mỹ - Nhà Bè - Phú Lâm; Plây ku - Phú Lâm; Plây ku- Đà Nẵng-Hà Tĩnh-Thường Tín sẽ lần lượt được đưa vào vận hành

Tuy nhiên, với lưới phân phối điện hiện tại ở các thành phố lớn của nước ta bao gồm các đường dây trung áp và hạ áp còn nhiều bất cập do lưới được thiết kế, lắp đặt và sử dụng trong một thời gian dài với những chỉ tiêu

kỹ thuật khác nhau, do nhiều nước, nhiều nhà cung cấp thiết bị khác nhau cung cấp thiết bị Do yêu cầu sử dụng điện liên tục, hiện lưới điện trung áp vẫn còn nhiều sự cố xảy ra, thời gian phân đoạn và xử lý sự cố kéo dài Với những yêu cầu của xã hội ngày nay Điện năng là thành phần không thể thiếu trong cuộc sống hiện đại Ngành điện không những không ngừng cung cấp đủ nhu cầu sử dụng điện của xã hội mà còn phải đáp ứng chất lượng điện năng cung cấp

2.1 Giới thiệu chung về Thành phố Hà Nội

Hà Nội là thủ đô nước CHXHCN Việt nam, là trung tâm đầu não về chính trị văn hoá và khoa học kỹ thuật, đồng thời là trung tâm lớn nhất về kinh tế và giao dịch quốc tế của cả nước

+ Về hành chính: TP Hà Nội bao gồm 7 quận nội thành (Ba đình,

Hoàn kiếm, Hai Bà Trưng, Đống đa, Thanh xuân, Cầu giấy, Tây hồ) và 7 quận, huyện ngoại thành (Từ liêm, Gia lâm, Long Biên, Thanh trì, Đông

đến 31/12/2001 dân số toàn Thành phố là 2.841,7 ngàn người, trong đó nội

thành là 1.643,6 ngàn người chiếm 57,8%

+ Về khí hậu

Nhiệt độ trung bình năm từ 23,50C đến 24,50C, lượng mưa trung bình năm khoảng 1500mm (mùa mưa bắt đầu từ tháng 5 đến tháng 10)

Cơ cấu kinh tế đang chuyển dịch theo hướng công nghiệp hoá hiện đại hoá, tăng tỉ trọng Công nghiệp, Thương mại - dịch vụ trong GDP Trong đó tăng nhanh tỉ trọng các sản phẩm có hàm lượng kỹ thuật cao, giảm tương đối tỉ trọng nông nghiệp

❖ Phương hướng chủ yếu qui hoạch phát triển của TP Hà Nội

Phương hướng nhiệm vụ cơ bản và lâu dài là xây dựng thủ đô xã hội chủ nghĩa giàu về kinh tế, trong đó kinh tế Nhà nước giữ vai trò chủ đạo, vững về chính trị, có nền văn hoá tiên tiến, đậm đà bản sắc dân tộc, an ninh quốc phòng vững mạnh

a Về phát triển không gian: Hà Nội được phân thành các vùng rõ nét

+ Khu vực hạn chế phát triển : được giới hạn bởi các đường La Thành

- Láng - Trường Chinh - Đại La - Minh Khai

+ Khu vực phát triển mở rộng: được qui hoạch theo hữu ngạn sông Hồng gồm các khu vực nằm phía ngoài trục đường giới hạn khu hạn chế phát triển

+ Khu vực phát triển mới (Bắc sông Hồng): bao gồm khu bắc cầu Thăng Long, xung quanh đầm Vân Trì, khu Đông Anh, khu Gia Lâm - Sài

- Từng bước hiện đại hoá mạng lưới hạ tầng và dịch vụ đô thị một cách đồng bộ, hệ thống, có trọng điểm Đến năm 2010:

+ Chỉ tiêu cung cấp nước sạch cho đô thị đạt 160-180 lít/người ngày, đảm bảo nước sạch cho 100% làng xã ở nông thôn

+ Điện thương phẩm bình quân đầu người đạt 2800kWh/người.năm + Đường giao thông chiếm 17-18% diện tích đô thị

+ Diện tích nhà ở đô thị từ 8-9m2/người

- Giảm tỉ lệ người nghèo thành thị còn 1%

- Tỉ lệ tăng dân số tự nhiên là 1,05%/năm

- Tiếp tục phát triển công nghiệp có chọn lọc

2.2 Đặc điểm lưới điện phân phối TP Hà Nội

2.2.1 Hiện trạng lưới điện phân phối

Hiện tại, lưới điện phân phối TP Hà Nội đang được vận hành với 4 cấp điện áp 35kV, 22kV, 10kV, 6kV Trong đó lưới điện 22kV mới được đưa vào vận hành từ năm 1994

a Trạm biến áp phân phối

Các trạm biến áp phân phối chủ yếu gồm các loại : trạm xây, trạm treo, trạm cột Ngoài ra còn còn có một số các trạm kiosk được xây dựng tại các khu vực chật hẹp và yêu cầu cao về mỹ quan đô thị

Trong những năm gần đây nhu cầu phụ tải tăng cao việc đầu tư xây dựng trạm treo là khá phổ biến với lý do vốn đầu tư nhỏ, kết cấu gọn nhẹ, tốn ít diện tích nhưng chưa phù hợp với TP Hà Nội trong thời kỳ hiện đại hoá

Bảng 2.1: Khối lượng trạm biến áp phân phối TP Hà Nội (tính đến 31/12/2004)

548

3

431 1.156

229.720,0 2.300,0 254.533,0 456.548,0

TT Hạng mục Số trạm Số máy Dung lượng

18

1 2.470

26

560,0 849.562,5 7.295,0

Số lượng trạm xây dựng mới đưa vào vận hành hàng năm khoảng 300 trạm/năm phân phối đều trên các cấp điện áp

Bảng 2.2 : Khối lượng trạm biến áp phân phối từ năm 2002-2004

(kVA)

b Đường dây phân phối:

Khu vực nội thành lưới điện phân phối các cấp điện áp đan xen nhau

và cùng tồn tại vận hành Kết cấu lưới hầu hết là dạng mạch vòng vận hành

hở, có nhiều tuyến ở dạng hỗn hợp giữa đường cáp ngầm và đường dây nổi nên độ tin cậy cấp điện bị ảnh hưởng đáng kể Khu vực ngoại thành chủ yếu sử dụng đường dây nổi có kết cấu theo dạng hình tia

Bảng 2.3 : Chiều dài đường dây trung thế TP Hà Nội

Các tuyến đường dây trên không đặc biệt là những tuyến trong khu vực nội thành hành lang tuyến bị vi phạm nghiêm trọng, ảnh hưởng rất nhạy cảm khi thời tiết thay đổi, thường xuyên xảy ra sự cố trong mùa mưa bão Các tuyến cáp ngầm đang vận hành chất lượng không đồng đều, những tuyến mới được cải tạo xây dựng mới từ năm 1994 đến nay là đảm bảo được các yêu cầu kỹ thuật và khả năng cung cấp điện Đại đa số các tuyến xây dựng trước đây đều đã xuống cấp, không đảm bảo chất lượng (cách điện kém, tiết diện nhỏ ) nên mỗi khi bị sự cố thời gian mất điện thường bị kéo dài

Còn với lưới phân phối 22kV (chiếm 16%) thiết bị đóng cắt chủ yếu được sử dụng là dao cắt tải (LBS), tại nhiều trạm biến áp phân phối 22kV

có lắp đặt thiết bị mở vòng chính (Ring main Unit - RMU)

Ngoài ra, tại một số vị trí trên lưới điện phân phối có sử dụng một số thiết bị đóng cắt khác như : máy cắt (Circuit Breaker-CB), Reclosed, cầu chì tự rơi

Nhận xét :

Trong những năm gần đây lưới điện phân phối trên địa bàn TP Hà Nội được xây dựng và phát triển với tốc độ cao, phù hợp với nhu cầu tăng trưởng phụ tải Mặt khác, Công ty Điện lực TP Hà Nội đã có kế hoạch tập trung đầu tư, chuyển đổi lưới điện phân phối 6, 10kV khu vực nội thành sang 22kV phù hợp với quyết định 149NL/KHKT của Bộ Năng lượng (nay

là Bộ Công nghiệp) Tuy nhiên, cân đối với khả năng về vốn đầu tư hàng năm và trên cơ sở lập kế hoạch cấp điện để đảm bảo duy trì cấp điện cho khách hàng với thời gian cắt điện ít nhất, quá trình chuyển đổi về 1 cấp điện áp phân phối chuẩn 22kV cũng cần được thực hiện trong thời gian dài

Trong các năm từ 1996 đến nay nhờ có dự án cải tạo nâng cấp lưới phân phối bằng nguồn vốn do SIDA (Thuỵ Điển) tài trợ cho khu vực Đống

Đa, Ba Đình, dự án đầu tư cải tạo và phát triển lưới điện 3 thành phố Hà Nội, Hải Phòng, Nam Định bằng nguồn vốn vay ADB, hệ thống lưới điện phân phối TP Hà Nội đã được nâng cấp (chủ yếu là hệ thống cáp ngầm) trên qui mô khá lớn Nhờ các dự án đầu tư nước ngoài nói trên lưới điện phân phối TP Hà Nội đã cải thiện đáng kể tình trạng vận hành, giảm tổn thất điện năng đặc biệt cho khu vực nội thành

2.2.2 Tình hình sử dụng điện hiện tại

Theo số liệu thống kê, diễn biến tiêu thụ điện năng qua các năm từ

1997 trở lại đây điện năng thương phẩm năm sau đều cao hơn năm trước Các mức tăng này tập trung vào chủ yếu ở các thành phần ánh sáng sinh hoạt, công nghiệp và thương mại dịch vụ Qui luật này phù hợp với cơ chế thị trường và chính sách đổi mới của nền kinh tế thủ đô

Bảng 2.4 : Tình hình tiêu thụ điện năng TP Hà Nội qua các năm

Năm Điện nhận

(triệu kWh)

Điện thương phẩm (triệu kWh)

Tăng trưởng Điện TP (%)

Pmax (MW)

Về khách hàng sử dụng điện : hầu hết khách hàng của CT Điện lực

TP Hà Nội sử dụng điện cho nhu cầu sinh hoạt Chi tiết số lượng khách hàng sử dụng điện qua các năm được trình bày tại bảng 2.5

Bảng 2.5 : Khách hàng sử dụng điện TP Hà Nội qua các năm

khách hàng

Trong đó Công nghiệp ánh sáng SH KH Khác

2.260 2.402 2.662 2.750 2.833 2.917 3.005

-

260.900 278.500 304.000 318.900 341.200 365.100 390.600 426.634

2.2.3 Tình hình sự cố lưới phân phối

Số liệu thống kê sự cố lưới điện thành phố Hà Nội các năm gần đây được trình bày trong các bảng 2.6

Các số liệu về sự cố được tham khảo các báo cáo tổng kết của Công

ty điện lực TP Hà Nội các năm 2000,2001, 2003, 2004

Qua các số liệu báo cáo, tình trạng sự cố còn xảy ra khá nhiều trong toàn hệ thống và còn có xu hướng gia tăng qua các năm nhất là sự cố về lưới Phân tích các nguyên nhân chủ yếu gây sự cố trong năm 2004 cho thấy :

- Với đường dây trên không phần lớn là do vỡ sứ - chiếm khoảng 60% Trường hợp sự cố dẫn đến đứt dây, đứt lèo chiếm đến : ~ 40 % tổng

55-số sự cố

- Với cáp ngầm nguyên nhân chính là do hỏng cáp - chiếm 74,5 %

Năm

- Xuất sự cố tính trên 100 Km đường dây

- Xuất sự cố tính 1 lộ ĐDK dài 20 Km/ là : 3,15 lần/năm

Bảng 2-7 : Sự cố vĩnh cửu của đường cáp ngầm trung thế

Nghiên cứu đề xuất giải pháp kỹ thuật lắp đặt hệ thống tự động phân phối điện DAS tại Hà Nội

Ghi chú :

- Xuất sự cố tính trên 100 Km đường dây trong 1 năm

- Xuất sự cố tính 1 lộ cáp ngầm dài 8 Km/ là : 1,96 lần/năm

Bảng 2-8 : Sự cố vĩnh cửu của trạm biến áp

Năm

2.3 Sự cần thiết thực hiện nâng cấp, hiện đại hoá lưới điện

Như các phần trên đã trình bày, lưới phân phối trung thế TP Hà Nội đang được vận hành với nhiều cấp điện áp khác nhau, kết cấu lưới đan xen giữa cáp ngầm và đường dây nổi gây nhiều khó khăn cho việc quản lý vận hành

Thiết bị đóng cắt phần lớn là cầu dao phụ tải hoặc tủ cầu dao phụ tải RMU Đây là những thiết bị thao tác đóng cắt bằng tay, khả năng xử lý cấp điện khi sự cố hoàn toàn phụ thuộc vào người vận hành dẫn đến suất sự cố còn cao, thời gian xử lý sự cố kéo dài chưa đáp ứng được các chỉ tiêu về tổn thất của Tổng công ty giao Ngoài ra còn gây ra các thiệt hại khác về chính trị

và xã hội, thiệt hại về kinh tế Đây là một hạn chế của lưới điện Hà Nội cần được khắc phục

Sự tăng trưởng của mức sống cũng như sự phát triển của sản xuất đòi hỏi

độ tin cậy cung cấp điện ngày càng cao của lưới điện Để nâng cao chất lượng phục vụ, cấp điện ổn định với độ tin cậy cao, để phục vụ hoạt động chính trị, văn hoá, xã hội của thủ đô và đáp ứng cho nhu cầu cuộc sống ngày càng cao của nhân dân đang là đòi hỏi rất khắt khe đối với lưới điện Hà Nội Cách đáp ứng hiệu quả nhất là áp dụng các tiến bộ khoa học để cải tiến cấu trúc và vận hành lưới điện

Hệ thống DAS - viết tắt tiếng Anh của chữ Distribution Automation System, là hệ thống cho phép người vận hành có thể quản lý và điều khiển hệ thống phân phối bằng máy tính lắp đặt tại trung tâm điều độ Cụ thể như sau:

1-Toàn bộ lưới điện được hiển thị trên màn hình theo bản đồ địa lý, các

5- Quản lý cơ sở dữ liệu của hệ thống điện

CHƯƠNG 3 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG PHÂN PHỐI ĐIỆN-DAS

3.1- Mô hình và nguyên lý làm việc của Hệ thống Tự động Phân phối

Như đã đặt vấn đề ở trên hệ thống DAS - viết tắt tiếng Anh của chữ Distribution Automation System, là hệ thống cho phép người vận hành có thể quản lý và điều khiển hệ thống phân phối bằng máy tính lắp đặt tại trung tâm điều độ Theo thực tế vận hành và đầu tư của Nhật Bản, mô hình dự án lắp đặt

hệ thống DAS được phát triển qua 3 giai đoạn như sau:

Giai đoạn 1:

Lắp đặt các cầu dao tự động và các rơ-le phát hiện sự cố cho các đường dây trung thế Lắp đặt các thiết bị chỉ thị phần bị sự cố ở các trạm 110 kV Trong giai đoạn 1, vùng bị sự cố được tự động cách ly bằng các thiết bị trên đường dây trung thế, không có các thiết bị giám sát quản lý tại Trung tâm điều độ

Hệ thống DAS được áp dụng khác nhau đối với mô hình lưới điện cụ

thể như sau:

3.1.1 Hệ thống Tự động Phân phối cho các đường dây trên không

3.1.1.1- Các thiết bị Của DAS-Giai đoạn 1:

(1) Thiết bị lắp trên cột đường dây :

SPS

Giai đoạn 3: Hệ thống tự động phân phối

bằng hệ thống máy tính

Giai đoạn 2: Tự động phân phối bằng chức

năg điều khiển, đóng cắt từ xa

Giai đoạn 1: Tự động phân

phân phối bằng các thiết bị

lắp trên cột tự động

SW

FDR SPS

SW

FDR FCB

FSI Central Distribution Substation

TCM

1) SW- cầu dao cắt tải tự động

(2) Thiết bị lắp trong trạm 110kV:

Sơ lược tổ hợp hệ thống trong Giai đoạn 1được mô tả trên hình 3-2 Các máy cắt lộ ra FCB sử dụng thiết bị đã có tại các trạm 110 KV

Hình 3-2 Hệ thống Tự động Phân phối cho đường dây trên không

Quá trình phát hiện và cách ly vùng sự cố trên lưới trung thế bằng các thiết bị DAS được mô tả riêng cho đường dây trên không đối với hai loại mạch hình tia và mạch vòng

I- HỆ THỐNG DÂY TRÊN KHÔNG HÌNH TIA -hình 3-3 và 3-5(a) :

Hệ thống ĐDK trung thế hình tia được mô tả điển hình gồm đường trục được phân thành 3 vùng a, b, d tại các điểm A,B,D và hai đường nhánh c,e tại các điểm đầu nhánh C,E Trong đó A là vị trí tủ máy cắt đường dây tại các trạm 110 KV - FCB ; các điểm còn lại là các vị trí đặt cầu dao tự động trên

FDR SPS

SW FCB

(3) Tiếp theo, FCB tự động đóng lặp lại Khi FCB đóng lại - vùng a được cấp điện, tín hiệu điện áp xuất hiện ở phía cấp nguồn của SW tại vị trí - B Thiết bị FDR lắp đặt trong SW-B có điện áp sẽ tự động đưa ra lệnh đóng SW-B sau khoảng thời gian đặt trước-X =7s (4) SW-B đóng lại - vùng b được cấp điện Tín hiệu điện áp xuất hiện ở phía cấp nguồn của SW tại 2 vị trí - C, D Thời gian đặt trước X tại

vị trí đường trục D là 7 s và tại vị trí đầu nhánh C là 14 s

(5) Sau7s từ khi vùng b có điện, SW- D đóng Vùng d được cấp điện (6) Sau14s từ khi vùng b có điện, SW- C đóng Nhánh c được cấp điện Do sự cố xảy ra ở nhánh c, rơ-le bảo vệ của trạm phát hiện ra

sự cố lần nữa và cắt nhanh FCB lần thứ hai SW-C tự động mở do mất điện áp Để phát hiện vùng sự cố, thiết bị cầu dao SW có chức năng tự động khoá ở vị trí mở - trong trường hợp khoảng thời gian giữa hai lần đóng và cắt nhỏ hơn thời gian đặt trước Y=5s Như vậy, SW-C bị khoá ở vị trí mở và vùng sự cố c được cô lập một cách tự động

(7) Tiếp theo, FCB tự động đóng lặp lại lần thứ hai - SW-B, SW-D và SW-E lần lượt tự động đóng lại theo nguyên lý trên và phần đường dây không bị sự cố được phục hồi hoạt động

Hệ thống ĐDK trung thế mạch vòng được mô tả điển hình gồm đường trục được phân thành 6 vùng tại các điểm A,B,D,E,F Trong đó A là vị trí tủ máy cắt đường dây tại các trạm 110 KV - FCB ; các điểm còn lại là các vị trí đặt cầu dao tự động trên cột đường dây - SW

Điểm E là điểm mở của mạch vòng Thiết bị SW tại điểm E được cài đặt chức năng luôn mở khi có tín hiệu điện áp ở cả hai phía, chỉ đóng sau khi mất tín hiệu điện áp một phía với thời gian trễ tính toán trước lớn hơn tổng thời gian trễ của các phần tử SW có trên mạch vòng

(1) Điều kiện bình thường, Các thiết bị FCB và SW ở trạng thái đóng Tại điểm nối vòng, SW-E mở

(2) Khi có sự cố trên đường dây, FCB sẽ tác động cắt lần đầu Khi FCB cắt, tất cả các SW trên đường dây trung thế tại B,C,D tự động

mở do tín hiệu điện áp không còn

(3) Tự đóng lại lần đầu được thực hiện - FCB đóng

(4) Sau 7 s, thiết bị SW tại B đóng

(5) Sau 7 s tiếp theo, thiết bị SW tại C đóng

(6) Do sự cố ở phần c, FCB của trạm tác động cắt lần thứ hai Khi FCB cắt, SW tại B và C tự động mở Vì điện áp đường dây đã mất sớm hơn khoảng thời gian đặt trước Y=5s, nên SW-C bị khoá ở trạng thái mở Đối với SW-D, dao này sẽ bị khoá ở trạng thái mở do người vận hành ra lệnh thực hiện Như vậy, vùng sự cố trong khoảng C và D đã được tự động cách ly

Thiết bị chỉ thị vùng bị sự cố FSI của trạm có khả năng hiển thị một cách

tự động vị trí gần đúng phần bị sự cố dựa trên thời gian từ lúc FCB đóng lại cho đến khi cắt

Tuy nhiên, việc điều khiển đóng SW-E trên thực tế sẽ không thực hiện tự động như vậy mà sẽ thông qua 1 khâu kiểm tra của Điều độ viên tại trung tâm

D (1) Normal Condition

after closing of SW-D due to Fault

14s

7 s

Hình 3-3 Sơ đồ phát hiện phần bị sự cố (hình tia)

Hình 3-5 (a) Sơ đồ Thời gian Phục hồi cho Hệ thống hình tia

Hình 3-5 (b) Sơ đồ Thời gian Phục hồi cho Hệ thống mạch vòng

3.1.1.2- Các thiết bị Của DAS-Giai đoạn 2:

Cơ cấu chi tiết của hệ thống tự động phân phối cho các đường dây ở giai đoạn 2 được mô tả trên hình 3-6 Hình này thể hiện cả giai đoạn 1 và 2 để

có thể hiểu được sự liên hệ với giai đoạn 1 Giai đoạn 2 được thực hiện với việc lắp đặt các các thiết bị sau tại trạm 110 kV và trung tâm điều độ

(1) CÁC THIẾT BỊ DAS GIAI ĐOẠN 2 ĐƯỢC LẮP ĐẶT TẠI TRẠM 110 KV:

trạm qua PT và CT

trạm (trạng thái của FCB, dữ liệu đo lường dòng-áp, v.v) và thông tin của đường dây phân phối, và gửi tới ADC

(2) CÁC THIẾT BỊ DAS GIAI ĐOẠN 2 ĐƯỢC LẮP ĐẶT TẠI TRUNG TÂM ĐIỀU

ĐỘ :

CÁC CHỨC NĂNG CHÍNH CỦA DAS TRONG GIAI ĐOẠN 2 LÀ:

của đường dây và tác động của các rơ-le

Hình 3-6 Cấu hình hệ thống của DAS giai đoạn 2

3.1.1.3- Các thiết bị Của DAS-Giai đoạn 3:

Trong Giai đoạn 3 các hoạt động tự động phân phối ở mức cao được thực hiện bằng cách áp dụng một hệ thống máy tính mạnh với các màn hình

đồ hoạ CRT v.v

I- MÀN HÌNH ĐỒ HOẠ CỦA LƯỚI PHÂN PHỐI - CRT

Các tác dụng chính của thiết bị này là

vực cấp điện

Stage 2

Ghi chú

TRD: Transducer-Bộ biến đổi

TCR: Bộ phận tiếp nhận tín hiệu ĐK từ xa

TCM: Bộ thu nhận xử lý thông tin

CDL: Khối kết nối dữ liệu máy tính

Stage 1

SW

FDR/RTU

SW FCB

Substation

Control Desk Color CRT

Tất cả lưới phân phối điện được hiển thị trên bản đồ khu vực Trạng thái làm việc của đường dây được hiển thị bằng mầu

Các đường dây phân phối không mang điện được hiển thị màu xanh lá cây

Các đường dây phân phối mang điện được hiển thị màu đỏ

Màn hình được phóng to thu nhỏ giữa các tỷ lệ 1/200000 và 1/100 và được cuốn liên tục cho phép người vận hành giám sát trạng thái làm việc của lưới điện trên bản đồ địa lý

Đường dây phân phối và trạng thái của các cầu dao được mô tả trên màn hình

Từng cầu dao được mô tả và các lệnh điều khiển có thể được kích hoạt

từ màn hình

II- GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN LƯỚI ĐIỆN THEO THỜI GIAN THỰC:

Chức năng này đã được áp dụng trong giai đoạn 2 nhưng không có bản

đồ địa hình lưới điện

Từ Trung tâm điều độ có thể điều khiển thao tác theo thời gian thực đối với máy cắt lộ ra của các đường dây tại trạm 110 KV và các cầu dao tự động lắp trên đường dây trung thế

Có thể giám sát được trạng thái các máy cắt các lộ ra và rơ-le tại trạm

110 KV cũng như đo các thông số điện áp và dòng điện

Từng cầu dao được hiển thị và các lệnh điều khiển có thể được kích hoạt từ màn hình

- CB status/ operated relays

- measurement of current and voltage

•Real-time control of CB

ON/ OFF control and monitoring

•Distribution network can be displayed by real time.

•CB and PVS can be controlled

on CRT.

ADC

TCR

Hình 3-9 : Điều khiển và giám sát lưới điện phân phối theo thời gian thực

III- TỰ ĐỘNG PHỤC HỒI SỰ CỐ MẤT ĐIỆN :

Quá trình phục hồi tự động trong các trường hợp xảy ra mất điện trên lưới phân phối được mô tả trên hình 3-10 Khi một sự cố xảy ra trên đường dây phân phối, việc phát hiện sự cố, phát hiện phần bị sự cố và việc phục hồi cấp điện được thực hiện tự động bằng máy tính tại trung tâm điều độ

Lưới phân phối có thể được hiển thị thời gian thực

Máy cắt và PVS có thể được điều khiển trên CRT

* Thời gian thực thể hiện:

- Trạng thái của máy cắt, tình hình vận hành của Role

Hình 3-10 Tự động phục hồi hệ thống phân phối

IV- XỬ LÝ DỮ LIỆU :

Khi kết cấu lưới điện thay đổi do việc lắp đặt mới hoặc cải tạo, người vận hành có thể dễ dàng thay đổi cơ sở dữ liệu thông qua màn hình máy tính CRT đặt tại trung tâm điều độ

3.1.2 Hệ thống Tự động Phân phối áp dụng cho các đường cáp ngầm

3.1.2.1 Cấu trúc hệ thống tự động phân phối ngầm

Hình 3-11 mô tả mô hình cấu trúc giai đoạn 2 của DAS cho lưới trung

Sự cố trên lưới phân phối

Cấu hình lưới tối ưu

Phát hiện sự cố bằng Thông tin Trạm

- Cân bằng công suất giữa đường trục

-Duy trì điện áp phân phối

- v.v

C¸p th«ng tin Hai c¸p ®i trong 1 èng

RMS: Ring Main Switchgear- Tñ cÇu dao phô t¶i VCB: Vacuum Circuit Breaker-M¸y c¾t khÝ VS: Vacuum Switch-CÇu dao phô t¶i

A

RTU3

RTU RTU

CB6

VS4 VS3

VCB VS

VS

VCB VCB

VS VS

RMS CB

Hình 3-11 DAS cho lưới phân phối ngầm

Phương pháp phát hiện và xử lý sự cố

Giải thích tình huống sự cố xảy ra tại điểm A trên hình 3-11 như sau :

cố đó và đưa ra lệnh cắt tới CB(6) Trường hợp này, do tách mạch vòng tại VS(5) nên dòng sự cố chạy qua VS(1) và VS(2), không qua VS(3) và VS(4)

này được gửi bằng đường thông tin từ RTU tới trung tâm điều độ qua TCR

3) Trung tâm điều độ xác định phần bị sự cố dựa trên thông tin về dòng sự cố và gửi lệnh tới RTU (1), RTU(2), để cắt VS(2) và VS(3) - Vùng sự cố được cách ly

của nguồn 2 sẽ gửi lệnh tới RTU (3) đóng VS (5) ở điểm tách mạch vòng để cấp điện đến điểm VS (4)

7) Như vậy, việc cách ly sự cố và phục hồi cấp điện cho phần không bị

sự cố được thực hiện bằng điều khiển từ xa trong thời gian ngắn

Các thiết bị lắp tại trung tâm điều độ :

Về cơ bản các thiết bị cần lắp tại trung tâm điều độ ở giai đoạn 2 và 3 của lưới cáp ngầm tương tự đối với trường hợp dây trên không

3.2 Các phương pháp và các thiết bị tự động phân phối:

3.2.1 So sánh các phương pháp tự động phân phối dây trên không

Việc so sánh hệ thống tự đóng lại và DAS cho tự động phân phối hệ thống dây trên không được mô tả trong bảng 3-1 Cấu hình hệ thống được nêu trong bảng, và vì phương pháp tự đóng lại này chỉ có thể áp dụng cho hệ thống hình tia nên nó chủ yếu áp dụng cho các hệ thống phân phối ở nông thôn tại Mỹ và châu Âu Trong khi đó ở Mỹ tại các khu vực tải cao đông dân như New York, hệ thống mạng phân bổ (SNW) hoặc mạng thông thường (RNW) được chấp nhận Tại Nhật cũng vậy, phương pháp tự đóng lại được áp dụng khoảng 30 năm trước, nhưng đến nay đã được thay thế bằng DAS

Sự khác biệt cơ bản trong ứng dụng giữa hệ thống tự đóng lại và DAS

là trong hệ thống tự đóng lại do có giới hạn đối với chỉnh định rơ-le nên rất khó chỉnh định phối hợp bảo vệ quá dòng khi số lượng các thiết bị đóng lại tăng lên (Điều này có thể khắc phục khi tăng cao độ nhậy của các rơ le đi kèm recloser) Hơn nữa, thời gian chỉnh định trở nên dài đối với hệ thống tự đóng lại Do đó, các dòng sự cố chạy trên đường dây phân phối và các thiết bị trong thời gian dài và có khả năng gây hư hỏng cho đường dây và thiết bị Khi sự cố xảy ra ở phía phụ tải, việc mất điện sẽ kéo dài cho đến khi sự cố được loại trừ Với DAS độ tin cậy có cao hơn nhờ các cầu dao tự động (PVS) gắn trên

Dựa vào so sánh nêu trên cho hệ thống tự đóng lại và DAS, hệ thống tự động phân phối DAS cũng có thể được chấp nhận ở ngoại thành Công ty điện lực TP Hà Nội và trong các trường hợp mà các bộ tự đóng lại đã được lắp đặt thì vẫn có thể chấp nhận DAS trong khi duy trì phối hợp bảo vệ giữa hệ thống

tự đóng lại và DAS Trong các trường hợp khi các bộ tự đóng lại chưa được lắp đặt, nên lập kế hoạch DAS từ đầu cho cả khu vực đô thị và nông thôn

Hệ thống tự đóng lại Hệ thống tự động phân phối (DAS)

･ Hệ thống phân bổ thông thường tại các đô thị Mỹ

･ Các Công ty Nhật đã sử dụng 30năm trước và hiện đã thay thế bằng hệ thống phân phối tự động (DAS)

Lắp đặt các mạch nhánh nối tiếp rất khó khăn

Thời gian cài đặt t 1 dài, vì vậy đường dây phân phối và thiết bị sẽ

bị hư hỏng do dòng sự cố duy trì.

Không giới hạn việc lắp đặt các mạch nhánh

Càng nhiều PSV mạch nhánh, độ tin cậy càng cao

Mạch vòng Lưới thông thường (Regular Network

-RNW) Lưới phân bổ (Spot Network-SNW) Lưới dự phòng (Stand by Network) mạch vòng 2 đường đến (RMU) Nhiều đường đến

Chỉ phụ tải lưới ( Giới hạn bởi hệ thống role) Tự do

Khu vực lưới điện ngầm thông thường Khu vực lưới điện ngầm thông thường Khu đông dân cư

(New York/Tokyo Ginza area)

Các toà nhà tại khu đông dân (New York/Tokyo Ginza area)

○

○

○

CB CB CB

○ ○ ○

CB CB

3.2.2 So sánh các phương pháp tự động phân phối lưới điện ngầm (một vòng, nhiều vòng, lưới phân bổ, dự phòng)

Các phương pháp tự động phân phối cho các hệ thống ngầm được mô

tả trong bảng 3-2 Bảng này mô tả việc so sánh 5 phương pháp, đó là hệ thống một mạch vòng, hệ thống nhiều mạch vòng, hệ thống lưới thông thường , hệ thống lưới phân bổ và hệ thống dự phòng

Các hệ thống mạch vòng chủ yếu được sử dụng ở châu Âu và Nhật, còn

hệ thống lưới thông thường và hệ thống lưới phân bổ được chấp nhận ở Mỹ

và Nhật Hệ thống dự phòng được sử dụng trên khắp thế giới Trong hệ thống mạch vòng và dự phòng, hệ số phụ tải (tải đỉnh / tải định mức %) chỉ thấp ở mức 50 % Con số này là 70-80 % trong hệ thống nhiều mạch vòng và 80 % trong các hệ thống hệ thống lưới thông thường và hệ thống lưới phân bổ

Về mặt linh hoạt trong kết nối phụ tải, hệ thống mạch vòng và hệ thống

có dự phòng là hệ thống thường xuyên được ứng dụng Trong khi đó, với hệ thống lưới thông thường và lưới phân bổ có độ tin cậy cao, hệ thống phụ tải luôn được liên kết với nhau

Hệ thống một mạch vòng có độ tin cậy thấp nhất: việc cấp điện trên toàn lưới bị gián đoạn cho đến khi loại trừ được sự cố, và việc loại trừ sự cố đòi hỏi thời gian Trong hệ thống nhiều mạch vòng, việc mất điện kéo dài cho đến khi phần mất điện được xác định, tuy nhiên một khi đã xác định được vấn

đề thì có thể cấp điện từ xuất tuyến khác qua điểm nối vòng Trong hệ thống

dự phòng, mất điện xảy ra trong khoảng 1-2 giây trong lúc đường dây cấp điện đang được chuyển đổi Hệ thống lưới thông thường và lưới phân bổ có

Xem xét các hệ thống này dưới góc độ phạm vi áp dụng, các hệ thống mạch vòng (cả một vòng và nhiều vòng) được sử dụng trong các khu vực phân phối ngầm Hệ thống dự phòng được sử dụng cho các khu vực phụ tải quan trọng như cơ quan chính phủ, bệnh viện, v.v hệ thống lưới thông thường và lưới phân bổ được sử dụng cho các khu vực phụ tải quan trọng với mật độ dân cư cao: ví dụ như các khu vực đô thị đông đúc như New York ở

Mỹ và quận Ginza ở Tokyo, v.v

Tại công ty điện lực Thành Phố Hà Nội, hệ thống cáp ngầm trung áp đã

và đang được tiếp tục nâng cấp cải tạo theo nhiều dự án khác nhau Cho đến nay, phần lớn lưới trung áp ngầm đều thực hiện nối vòng liên thông giữa các

lộ với nhau Kiểu nối vòng chủ yếu là nối 2 lộ với nhau; một số nhỏ nối vòng nhiều lộ với nhau Xu hướng đến năm 2005, số điểm nối mạch vòng trên mỗi

lộ cáp ngầm sẽ tăng lên 2 điểm(Ln=2) Việc áp dụng DAS sẽ chủ yếu được áp dụng trên mô hình kết nối này

Bảng 3-3 So sánh giữa cầu dao phụ tải dập hồ quang bằng khí SF6 (GS) và cầu dao chân không (VS)

mới áp dụng các năm gần đây Các tủ sử dụng cầu dao chân không chiếm số lượng rất ít Cho nên, dù các thiết bị sử dụng tiếp điểm đóng cắt trong chân không có nhiều đặc tính kỹ thuật ưu việt hơn nhiều nhưng việc thay thế các thiết bị đóng cắt trong môi trường SF6 cũng còn phải cân nhắc nhiều về mặt kinh tế

(1) So sánh các thiết bị đóng cắt cho đường cáp ngầm

So sánh các cầu dao cho đường dây phân phối ngầm được nêu trong bảng 2-5 Hiện tại ở Việt Nam, DS và LBS không khí đang được sử dụng Tuy vậy, khi tính đến việc các hệ thống phân phối ngầm sẽ trở nên quan trọng hơn nhiều ở Việt Nam trong tương lai, sẽ nảy sinh các vấn đề với các DS và RMU thao tác bằng tay vì cần nhiều thời gian để phát hiện sự cố và thời gian mất điện là dài Dẫn đến 2 hướng cải tạo:

1-Trang bị hệ thống điều khiển động cơ cho các thiết bị đóng cắt hiện có 2-Cần phải áp dụng các tủ RMS tự động mới vốn thích hợp cho việc rút ngắn thời gian mất điện và cách ly phần bị sự cố

Bảng 3-4 So sánh các thiết bị đóng cắt 24 kV trên đường dây phân phối trên không.

1) Ngắt dòng ngắn mạch của đường dây

2) Đóng lại đường dây tự động

1) Ngắt dòng tải và cách ly đường dây

2) Tự động đóng lại đường dây

Sử dụng chủ yếu

(1) 1) Cách ly đường dây theo đăng ký cắt điện

1) Tách đường dây theo đăng ký cắt điện khi có tải

1) Tự động phát hiện sự cố đường dây, ngắt dòng ngắn mạch và đóng lại đường dây

1) Tự động đóng/mở đường dây khi có sự cố 2) Khoá tự động khi có phân đoạn

6/Dầu/Chân không SF 6/Dầu/Chân không SF6/Chân không

Khuyến cáo

DS là giải pháp rẻ tiền trước mắt, tuy nhiên không thích hợp cho hệ thống phân phối ở Việt Nam do lưới phân phối ngày càng quan trọng

LBS là giải pháp tốt hơn

DS, nhưngkhông thể sử dụng cho DAS vì bị giới hạn số lần thao tác

Tự đóng lại có thể thích hợp khi đường dây phân phối được sử dụng như truyền tải

PVS thích hợp nhất cho DAS vì có thể hoạt động nhanh và chính xác theo tín hiệu DAS Tuy nhiên kích thước đề ra chưa gọn

Bảng 3-5 So sánh các thiết bị đóng cắt 24 kV cho đường cáp ngầm.

(1) Ngắt dòng tải đường dây

(1) Ngắt dòng tải đường dây

(2) Ngắt dòng ngắn mạch

Sử dụng chủ yếu

(1) Cách ly đường dây theo đăng ký cắt điện

(1) Cách ly đường dây bằng tay theo đăng ký cắt điện hoặc do sự cố

(1) Tự động đóng /

mở đường dây khi

có sự cố hoặc thay đổi tải

(2) Khoá tự động khi có phân đoạn Cách dập hồ

Có thể trang bị động cơ để có thể điều khiển từ xa

RMU tự động thích hợp nhất cho DAS vì vận hành hoàn toàn tự động và số lần thao tác cao do ngắt dòng chân không