Nghiên cứu đề xuất giải pháp giảm tổn thất điện năng cho lưới điện phân phối huyện cam lâm tỉnh khánh hòa

Giảm tổn thất điện năng là một trong những mục tiêu quan trọng trong sản xuất và kinh doanh điện Ở nước ta trong những năm gần đây nhu cầu về điện ngày càng gia tăng trong khi đó hệ thống lưới điện đã vận hành lâu năm với việc xây dựng không đồng nhất và chưa tính toán cập nhật thường xuyên dẫn đến tổn thất điện năng đáng kể ở nhiều khu vực trong hệ thống điện Do vậy việc tính toán đưa ra các giải pháp giảm tổn thất điện năng để nâng cao hiệu quả vận hành các lưới điện hiện hữu là rất cần thiết Trong đề tài này dựa trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết về các giải pháp giảm tổn thất điện năng kết hợp với sử dụng các phần mềm ứng dụng để phân tích tổn thất điện năng hiện tại trên lưới điện phân phối của Điện lực huyện Cam Lâm và dựa trên đánh giá những ưu khuyết điểm về các giải pháp giảm tổn thất điện năng mà Điện lực Cam Lâm đang áp dụng một số giải pháp giảm tổn thất điện năng được lựa chọn Kết quả tính toán đạt được thể hiện được tính hiệu quả của giải pháp được đề xuất

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

,

NGUYỄN QUỐC HƯNG

NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP GIẢM TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI HUYỆN CAM LÂM TỈNH KHÁNH HÒA

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

Mã số: 60 52 02 02

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng - Năm 2017

Công trình được hoàn thành tại

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: TS LÊ ĐÌNH DƯƠNG

Phản biện 1: TS TRẦN VINH TỊNH

Phản biện 2: TS LÊ CAO QUYỀN

Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật, chuyên ngành kỹ thuật điện họp tại Trường

Đại học Bách khoa Đà Nẵng vào ngày 07 tháng 11 năm 2017

* Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại học

Bách khoa

- Thư viện Khoa Điện, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Giảm tổn thất là một trong những mục tiêu quan trọng trong sản xuất kinh doanh điện Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) đặt mục tiêu phải giảm tỷ lệ tổn thất điện năng đến mức thấp nhất có thể

Cụ thể trong năm 2017 toàn hệ thống điện Việt Nam tỷ lệ tổn thất điện năng phải ở mức 7,6%

Thực hiện mục tiêu của Tập đoàn Điện lực Việt Nam, các đơn vị thành viên trực thuộc Tập đoàn đều phải có trách nhiệm giảm tổn thất điện năng trên phần lưới điện thuộc đơn vị quản lý

Trong những năm gần đây nhu cầu về điện tăng cao, trong khi đó hệ thống lưới điện đã vận hành lâu năm, xây dựng chắp vá chưa theo kịp quy hoạch, chưa đáp ứng được yêu cầu về chất lượng cung cấp điện dẫn đến tổn thất điện năng cao Do vậy, cần thiết phải tính toán đưa ra các giải pháp giảm tổn thất tối ưu nhằm đáp ứng yêu cầu cung cấp điện an toàn, ổn định, liên tục và chất lượng tốt để phục

vụ chính trị, an ninh quốc phòng, phát triển kinh tế xã hội và nhu cầu sinh hoạt của nhân dân cả nước nói chung và trên địa bàn huyện Cam Lâm nói riêng

Trên đây là lý do học viên chọn đề tài “Nghiên cứu đề xuất giải pháp giảm tổn thất điện năng cho lưới điện phân phối huyện Cam Lâm tỉnh Khánh Hòa” cho luận văn tốt nghiệp của mình

2 Mục đích nghiên cứu

Mục đích của luận văn là nghiên cứu cơ sở lý thuyết, sử dụng một số phần mềm ứng dụng để phân tích tổn thất hiện tại trên lưới điện phân phối của Điện lực huyện Cam Lâm Đánh giá những

ưu, khuyết điểm về các giải pháp giảm tổn thất điện năng mà Điện

lực Cam Lâm đang áp dụng, từ đó sẽ đề xuất một số giải pháp giảm tổn thất điện năng một cách hữu hiệu nhằm giúp Điện lực Cam Lâm triển khai thực hiện hiệu quả hơn trong công tác giảm tổn thất điện năng trong những năm tiếp theo

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

 Phạm vi nghiên cứu của đề tài là toàn bộ lưới điện phân phối của Điện lực huyện Cam Lâm

 Đối tượng nghiên cứu là tổn thất điện năng trên lưới điện trung, hạ áp và trạm biến áp phân phối

4 Phương pháp nghiên cứu

Các phương pháp được sử dụng trong đề tài là: Khảo sát, sử dụng các phần mềm CMIS và PSS/ADEPT để phân tích tổn thất, đánh giá thực trạng lưới điện, hiện trạng tổn thất tại lưới điện của Điện lực huyện Cam Lâm, từ đó phân tích đưa ra giải pháp giải quyết những vấn đề tồn tại

5 Bố cục của luận văn

Bố cục luận văn ngoài phần mở đầu và kết luận chung, nội dung của luận văn được biên chế thành 3 chương như sau:

Chương 1: Giới thiệu về lưới điện và hiện trạng tổn thất điện năng trên lưới điện của Điện lực Cam Lâm

Chương 2: Một số giải pháp nhằm giảm tổn thất điện năng Điện lực Cam Lâm

Chương 3: Ứng dụng chương trình PSS/ADEPT tính toán bù công suất phản kháng cho lưới điện 22kV Huyện Cam Lâm

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ LƯỚI ĐIỆN VÀ HIỆN TRẠNG TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRÊN LƯỚI ĐIỆN CỦA ĐIỆN LỰC

CAM LÂM

1.1 Tổng quan về tổn thất điện năng trong ngành điện

1.1.1 Đặc điểm chung của ngành điện

Ngành điện là một ngành cơ sở hạ tầng, tạo nên động lực của toàn bộ nền kinh tế xã hội Nghị quyết Đại hội IX của Đảng đã xác định: phát huy sức mạnh toàn dân tộc, tiếp tục đổi mới, đẩy mạnh công nghiệp hoá, hiện đại hoá, xây dựng và bảo vệ Tổ quốc Việt Nam Xã hội chủ nghĩa, thực hiện mục tiêu dân giàu nước mạnh, xã hội công bằng hướng hiện đại

HTĐ phát triển không ngừng trong không gian và thời gian

để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của phụ tải

Về mặt quản lý, vận hành HTĐ được phân thành:

- Nhà máy điện do các nhà máy phát điện quản lý

- Lưới điện siêu cao áp (≥ 220kV) và trạm khu vực do các Công ty Truyền tải điện quản lý

- Lưới điện truyền tải 110kV và phân phối do các Công ty Điện lực quản lý, dưới là các Điện lực

Về mặt quy hoạch, lưới điện được phân thành 2 cấp:

- Lưới hệ thống bao gồm:

- Các nguồn điện và lưới hệ thống (500, 220, 110kV)

- Các trạm khu vực (500, 220, 110kV) được quy hoạch trong tổng sơ đồ

Lưới phân phối (U ≤ 35kV) được quy hoạch riêng Về mặt điều độ chia thành 2 cấp:

Điều độ trung ương

Điều độ địa phương Công tác điều độ bao gồm:

- Điều độ các nhà máy thủy điện

- Lưới truyền tải (35, 110, 220kV)

- Lưới phân phối trung áp (22, 35kV)

- Lưới phân phối hạ áp (0.23, 0.4kV)

Trong đó lưới điện 35kV có thể dùng cho cả lưới phân phối

và lưới truyền tải

Lưới điện phân phối nhận điện từ các trạm phân phối khu vực gồm:

- Lưới điện có các cấp điện áp 110/35kV, 110/22kV

- Lưới điện có các cấp điện áp 35/22kV

Mạng phân phối có ảnh hưởng lớn đến các chỉ tiêu kỹ thuật của toàn hệ thống Cụ thể là:

- Chất lượng cung cấp điện

- Tổn thất điện năng

- Giá đầu tư xây dựng: Nếu chia theo tỷ lệ cao áp, phân phối trung áp, phân phối hạ áp thì vốn đầu tư mạng cao áp là 1, mạng phân phối trung áp thường từ 1,5 đến 2,5 và mạng phân phối hạ áp thường từ 2 đến 2,5 lần

- Xác xuất sự cố: Sự cố gây ngừng cung cấp điện sửa chữa bảo dưỡng theo kế hoạch, cải tạo, đóng điện trạm mới trên lưới phân phối cũng nhiều hơn lưới truyền tải

1.1.2 Một số yêu cầu trong công tác quản lý truyền tải và kinh doanh điện năng

Việc quản lý quá trình truyền tải và phân phối điện năng phải đạt được một số yêu cầu cơ bản:

Điện năng phải cung cấp liên tục

Bảo đảm tính an toàn cho sản xuất và tiêu thụ đối với thiết bị tiêu thụ điện

Bảo đảm công tác quản lý trong quá trình truyền tải và phân phối điện năng

1.2 Tổng quan về tổn thất điện năng trong ngành điện

1.2.1 Khái niệm về tổn thất điện năng

Hiệu số giữa tổng lượng điện năng do các nhà máy điện phát

ra với tổng lượng điện năng các hộ tiêu thụ nhận được trong cùng một khoảng thời gian được xem là mất mát (tổn thất) điện năng trong

hệ thống truyền tải [1, 3]

Tổn thất điện năng như đã trình bày, là lượng tổn thất trong tất cả các khâu từ khâu sản xuất (phát điện) truyền tải phân phối điện (quá trình lưu thông) đến khâu tiêu thụ

1.2.2 Đặc điểm chung của lưới điện phân phối

Chế độ vận hành bình thường của lưới phân phối là vận hành hở, hình tia hoặc dạng xương cá

Trong mạch vòng các xuất tuyến được liên kết với nhau bằng dao cách ly, hoặc thiết bị nối mạch vòng (Ring Main Unit) các thiết bị này vận hành ở vị trí mở, trong trường hợp cần sửa

chữa hoặc sự cố đường dây điện thì việc cung cấp điện không bị gián đoạn lâu dài nhờ việc chuyển đổi nguồn cung cấp bằng thao tác đóng cắt dao cách ly phân đoạn hay tự động chuyển đổi nhờ các thiết bị nối mạch vòng

Phụ tải của lưới phân phối đa dạng và phức tạp, nhất là ở Việt Nam các phụ tải sinh hoạt và dịch vụ, tiểu thủ công nghiệp đa phần cùng trong một hộ phụ tải

So với mạng hình tia, mạng mạch vòng có chất lượng điện hơn, đó chính là lý do tồn tại của mạch vòng, song lại gây phức tạp về vấn đề rơle bảo vệ

Kết quả các nghiên cứu và thống kê từ thực tế vận hành [10] đã đưa đến kết luận nên vận hành lưới phân phối theo dạng hình tia bởi các lý do:

- Vận hành đơn giản hơn

- Trình tự phục hồi lại kết cấu luới sau sự cố dễ dàng hơn

- Ít gặp khó khăn trong việc lập kế hoạch cắt điện cục bộ

1.3 Một số vấn đề về tổn thất điện năng trong lưới phân phối điện của Điện lực Huyện Cam Lâm

Cùng với sự lớn mạnh không ngừng của Công ty cổ phần Điện lực Khánh Hòa cũng như của Tỉnh Khánh Hòa, Điện lực Cam Lâm đã được thành lập và chính thức hoạt động từ tháng 07/2007

Số lượng CBNV toàn Điện lực có 57 người với nhiệm vụ chính là quản lý vận hành và sửa chữa điện Dựa vào những thuận lợi

là Huyện mới được tách ra từ Thành phố Cam Ranh, Điện lực Cam Lâm đã biết vận dụng sáng tạo vào điều kiện hoàn cảnh cón nhiều khó khăn của mình

Theo báo cáo quản lý kỹ thuật [13], kết quả TTĐN 6 tháng đầu năm 2016:

a Tổn thất lưới điện phân phối:

Bảng 1.1 Tình hình tổn thất điện năng của Điện lực Cam Lâm từ

năm 2012 đến quí 1/2017

Năm 2012 2013 2014 2015 2016 Q1/17

Tỷ lệ TT(%) 4.79 4.71 4.18 4.33 3.31 3.31 Năm 2012, tỉ lệ tổn thất là 4.79% Trong những năm gần đây, tỷ lệ tổn thất điện năng ở Điện lực Cam Lâm đã giảm rất nhiều

do áp dụng các biện pháp giảm tổn thất điện năng có hiệu quả hơn Đây là sự cố gắng và là thành tích đáng ghi nhận của Điện lực Cam Lâm

Tại Điện lực Cam Lâm, điện năng tổn thất chủ yếu vẫn là tổn thất kỹ thuật Trong những năm gần đây, hệ thống điện từng bước được nâng cấp, cải tạo nên tổn thất kỹ thuật đã giảm đáng kể từ 4.71% (năm 2013) xuống còn 3.31% (quý I năm 2017) Do đó, Điện lực Cam Lâm đang cố gắng tìm ra những giải pháp hữu hiệu để giảm

tỷ lệ tổn thất điện năng xuống mức thấp nhất có thể và đặc biệt phấn đấu giảm tổn thất thương mại tới 0

Như vậy, ở Điện lực Cam Lâm điện năng bị tổn thất chủ yếu

ở lưới hạ thế, tỷ lệ tổn thất ở lưới 22-35 kV so với ở lưới hạ áp có thấp hơn nhưng nhìn chung vẫn tương đối cao

1.3.1 Hiệu quả sử dụng điện

+ Hộ gia đình khu vực sử dụng điện

+ Tác động của việc sử dụng điện với môi trường

Để giảm tác động của các máy phát điện trong môi trường, năng lượng phải được quản lý hiệu quả

1.3.2 Tổn thất kỹ thuật

Là tổn thất mà nguyên nhân thuộc về các yếu tố chủ quan của người quản lý, như tình trạng chất lượng lắp đặt hệ thống lưới điện hạ áp, chất lượng công tơ điện, những sai sót trong nghiệp vụ kinh doanh như: ghi chỉ số, làm hóa đơn, cập nhật chứng từ, việc lấy cắp điện của các hộ tiêu dùng, nếu áp đặt giá sai cũng sẽ dẫn đến những tổn thất thương mại

Tổn thất kỹ thuật do dòng điện chạy trong một dây dẫn tạo ra nhiệt và tác động đến điện trở, gây tổn thất điện năng:

Các loại tổn thất kỹ thuật (dây dẫn)

 Công tác quản lý, theo dõi thực hiện hợp đồng mua bán điện chưa chặt chẽ, dẫn đến việc tổng điều tra và ký lại hợp đồng mua bán điện chưa được thực hiện đầy đủ vẫn còn tồn tại tình trạng tên người sử dụng điện khác với tên người ký kết hợp đồng, thậm chí tên phố, số nhà (địa chỉ) vẫn ghi như cũ từ những năm trước trong khi hiện tại đã thay đổi, nhiều trường hợp khách hàng sử dụng không đúng theo mục đích ghi trong hợp đồng

 Một số khách hàng trên địa bàn dây dưa tiền điện, không chịu thanh toán hoặc không có khả năng thanh toán

1.4 Các giải pháp giảm tổn thất và nâng cao chất lượng điện năng

Như đã trình bày trong các phần trước, lưới điện phân phối

có nhiều cấp điện áp khác nhau, phương thức cấp điện phức tạp

Hiện nay, tồn tại một số biện pháp giảm tổn thất và nâng cao chất lượng điện năng sau:

 Nâng cao điện áp vận hành lưới phân phối và đưa về điện

áp quy chuẩn

 Bù kinh tế trong lưới phân phối bằng tụ điện

 Hoàn thiện cấu trúc lưới để vận hành với tổn thất nhỏ nhất

 Sử dụng các thiết bị ứng dụng công nghệ mới có hiệu suất cao

 Phân bố thời gian làm việc và đưa thiết bị vào vận hành trong các thời gian hợp lý, tránh hiện tượng quá tải cục bộ vào thời gian cao điểm

 Xây dựng và vận hành phương thức kết lưới mang hiệu quả cao nhất

 Chọn đúng công suất MBA phù hợp với yêu cầu của phụ tải tránh MBA vận hành non tải

 Hạn chế sóng hài trong lưới điện hạ áp

 Phân bố phụ tải đều trên toàn lưới Vấn đề này không thể thực hiện được do cấu trúc địa hình và vị trí phụ tải

1.5 Kết luận

Nội dung Chương 1 đã giới thiệu tổng quan một số vấn đề

cơ bản về lưới điện phân phối bao gồm: Định nghĩa, cấu trúc và vai trò của lưới điện phân phối, đồng thời giới thiệu về hiện trạng lưới điện tại Việt Nam Tổn hao công suất là vấn đề ảnh hưởng đến chất lượng nguồn điện và kinh tế, để giảm nó một trong những biện pháp khá hiệu quả là bù công suất phản kháng cho lưới điện

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG ĐỂ GIẢM TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRÊN LƯỚI PHÂN PHỐI

2.1 Bù công suất phản kháng

2.1.1 Phương pháp bù công suất phản kháng

2.1.1.1 Các vấn đề chung trong việc bù công suất phản kháng

Việc bù công suất phản kháng gồm hai loại:

- Bù cưỡng bức:

Còn được gọi là bù kỹ thuật một lượng công suất phản kháng nhất định để đảm bảo cân bằng công suất phản kháng, công suất này được điều chỉnh để có thể thích ứng với các chế độ vận hành khác nhau của lưới

Một phần công suất bù, thường là phần cố định có thể được phân tán xuống lưới truyền tải để giảm tổn thất trong lưới

Ngoài ra, do vai trò của mình trong hệ thống nên không thể không có công suất phản kháng lưu thông trên lưới

- Bù kinh tế: Nhằm giảm tổn thất điện năng và tổn thất điện

áp do đó nâng cao chất lượng điện áp và giảm tổn thất điện năng Như vậy, việc đặt tụ bù có một số lợi ích sau:

Giảm công suất tác dụng yêu cầu ở chế độ max

Giảm nhẹ tải MBA do giảm yêu cầu công suất phản kháng do đó tăng tuổi thọ MBA

Giảm tổn thất điện năng

Cải thiện chất lượng điện áp trên lưới phân phối

Cải thiện hệ số công suất

Cân bằng tải

Như vậy trong phạm vi bù, vấn đề giảm tổn thất và nâng cao chất lượng điện năng là luôn được thực hiện và có kết quả song hành Hiện nay có hai phương pháp đặt bù thường được thực hiện:

 Bù tập trung ở một số điểm trên lưới trung áp: Thường có

từ 1 đến 3 vị trí bù trên mỗi tuyến

 Bù phân tán tại các Trạm biến áp phân phối hạ áp: Theo phương pháp này, hiệu quả cao hơn do thực hiện bù sâu hơn, nhưng nguy cơ cộng hưởng và tự kích thích rất cao (xảy ra khi công suất bù

ở chế độ min lớn hơn nhu cầu của phụ tải)

 Với sự phát triển của công nghệ và lĩnh vực tự động hóa- điều khiển tự động- điện tử công suất, việc thực hiện điều chỉnh trơn

tụ điện tiêu thụ hoặc phát công suất phản kháng, đóng cắt điện theo điện áp đã trở thành hiện thực nhờ vào SVC (Static Var Conpensator), TCR, TSC,….;

Nguyên tắc và kết luận chung của điều chỉnh điện áp: Việc điều chỉnh điện áp được xem như là thay đổi tỷ lệ (hoặc trên mỗi đơn vị) với biên độ điện áp cung cấp đi kèm với một sự thay đổi được xác định của dòng phụ tải (tức là từ không tải đến đầy tải)

2.1.1.2 Lý thuyết cơ bản về bù trừ công suất phản kháng

Một thiết bị bù công suất phản kháng thuần túy có thể hạn chế sự thay đổi điện áp nguồn cung cấp mà nguyên nhân gây ra bởi

sự thay đổi công suất tác dụng và công suất phản kháng của tải miễn

là có thể điều khiển dễ dàng công suất phản kháng của thiết bị bù trong một phạm vi vừa đủ (nói chung kể cả chậm sau và vượt trước)