Đất nước càng phát triển, ngày càng sử dụng các thiết bị tiết kiệm năng lượng nhưng cũng đòi hỏi chất lượng điện năng ngày càng cao như việc ứng dụng các thiết bị điện điện tử, các thiết
Tính cấp thiết của đề tài
Lưới điện phân phối là yếu tố then chốt trong việc duy trì ổn định chính trị và thúc đẩy phát triển kinh tế của mỗi quốc gia Khi đất nước phát triển, nhu cầu sử dụng thiết bị tiết kiệm năng lượng tăng cao, đồng thời yêu cầu về chất lượng điện năng cũng trở nên khắt khe hơn Việc ứng dụng các thiết bị điện tử, bộ vi điều khiển và thiết bị điện công suất cao làm cho chất lượng điện năng trở thành một yếu tố quan trọng, vì những thiết bị này rất nhạy cảm với bất kỳ vấn đề nào liên quan đến chất lượng điện trong hệ thống.
Chất lượng điện năng trong hệ thống điện là một khái niệm rộng, trong đó chất lượng điện áp đóng vai trò quan trọng Một vấn đề đáng chú ý liên quan đến chất lượng điện năng là hiện tượng biến thiên điện áp ngắn hạn (voltage sags) trong lưới phân phối, đã được nhiều nhà nghiên cứu xem xét và đánh giá.
Trong những năm gần đây, nghiên cứu về biến thiên điện áp ngắn hạn trong lưới phân phối đã được quan tâm, nhưng chủ yếu chỉ tập trung vào các lưới điện nhỏ và chưa xem xét đầy đủ các yếu tố ảnh hưởng đến hiện tượng này Các giả thiết trong tính toán vẫn còn đơn giản hóa, dẫn đến hạn chế trong mô hình và phạm vi ứng dụng Để phát triển đề tài này, luận văn sẽ nghiên cứu đánh giá hiện tượng sụt giảm điện áp ngắn hạn trong lưới phân phối, với sự xem xét các yếu tố như thiết bị bảo vệ, phương pháp nối đất trung tính và phân bố sự cố Lưới điện được phân tích là toàn bộ lưới điện 22 kV của một trạm biến áp 110 kV đang hoạt động, bao gồm 5 lộ đường dây, 214 phụ tải và 396 nút.
Ý nghĩa khoa học của đề tài
Bài viết đã giới thiệu một phương pháp đánh giá hiện tượng sụt giảm điện áp (voltage sag) trong hệ thống điện phân phối, chú trọng đến thời gian tác động của các thiết bị bảo vệ và ảnh hưởng của hệ thống nối đất.
Chỉ tiêu SARFIx và sự phát triển của nó thành SARFIx-curve giúp đánh giá chính xác tác động của hiện tượng voltage sag đến hoạt động của các phụ tải Đề tài này mang tính mới mẻ, sử dụng mô phỏng để đánh giá chất lượng điện năng, điều mà các phương pháp đo lường truyền thống không thể thực hiện Dữ liệu đầu vào cho các tính toán trong luận văn được lấy từ các số liệu thực tế trên lưới phân phối.
Dự án 22 kV TP Nam Định tập trung vào việc tính toán điện áp sụt giảm và tần suất sụt giảm điện áp tại các nút trên lưới phân phối, từ đó xác định các chỉ tiêu SARFI x và SARFI x-curve Với khối lượng tính toán lớn, bao gồm 3.168 file Excel đầu vào từ phần mềm PSS/Adept, tác giả đã phát triển một chương trình xử lý số liệu bằng ngôn ngữ lập trình Java, sử dụng thông số ngắn mạch và suất sự cố để đảm bảo độ chính xác trong các kết quả tính toán.
Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Biến thiên điện áp ngắn hạn và mất điện
1.2.1 Khái niệm chung về biến thiên điện áp ngắn hạn và mất điện
Biến thiên điện áp ngắn hạn và mất điện là hai hiện tượng phổ biến ảnh hưởng đến chất lượng điện năng, thường xảy ra do sự cố trong hệ thống điện và các hoạt động đóng cắt để cách ly vùng sự cố Những hiện tượng này được biểu hiện qua biên độ điện áp vượt ra ngoài dải điện áp làm việc bình thường.
Biến thiên điện áp ngắn hạn (voltage sag) là hiện tượng giảm biên độ điện áp hoặc dòng điện ở tần số định mức, với giá trị hiệu dụng (rms) giảm trong khoảng thời gian từ 0,5 chu kỳ đến 1 phút Hai đặc tính chính của hiện tượng này bao gồm biên độ biến thiên điện áp ngắn hạn và khoảng thời gian sụt áp.
Biên độ biến thiên điện áp ngắn hạn được xác định là giá trị hiệu dụng (rms) của điện áp trong các trường hợp xảy ra biến thiên ngắn hạn, và được tính bằng phần trăm so với điện áp danh định.
Ví dụ nói biến thiên điện áp ngắn hạn 75% tại lưới điện 35 kV tức điện áp khi xảy ra biến thiên điện áp ngắn hạn còn 26,25 kV
Thời gian biến thiên điện áp ngắn hạn là khoảng thời gian mà biên độ điện áp giảm xuống thấp hơn điện áp ngưỡng bằng 90% điện áp danh định
Trong lưới điện 3 pha, biên độ biến thiên điện áp ngắn hạn là mức thấp nhất trong ba pha so với điện áp danh định Thời gian biến thiên điện áp ngắn hạn là khoảng thời gian dài nhất trong ba pha.
Hình 1.2 – Biến thiên điện áp ngắn hạn của hệ thống điện mạch kép khi một mạch bị ngắn mạch
Hình 1.3 Biểu diễn quá trình biến thiên đ.áp ngắn hạn đến khi loại trừ đƣợc sự cố
Biến thiên điện áp ngắn hạn trong mạch kép khi xảy ra sự cố chỉ diễn ra trong 0,05 giây, với điện áp giảm xuống 65,8% so với điện áp định mức Hình 1.3 minh họa quá trình từ hoạt động bình thường của lưới điện đến tình trạng mất điện do ngắn mạch, dẫn đến việc lưới điện bị mất điện tạm thời trong 4,983 giây, với biên độ điện áp thấp nhất chỉ đạt 8,72% điện áp định mức Sau khi khắc phục sự cố, điện áp trở về trong dải hoạt động cho phép, nhưng trong cả hai trường hợp, biên độ điện áp đều thấp hơn nhiều so với điện áp định mức, cho thấy chất lượng điện năng không được đảm bảo và thiết bị điện hoạt động không chính xác.
Biến thiên điện áp ngắn hạn diễn ra trong khoảng thời gian ngắn (0,5 - 30 chu kỳ, tương đương 0,01 - 0,6 giây) do sự cố hệ thống điện hoặc sự khởi động của các phụ tải lớn Hiện tượng này chỉ liên quan đến biên độ điện áp vượt quá giới hạn cho phép, không phải là sự giảm điện áp về mức không Biến thiên điện áp ngắn hạn thoáng qua kéo dài từ 30 chu kỳ đến 3 giây, trong khi biến thiên tạm thời kéo dài từ 3 giây đến 1 phút, thường do các hoạt động của công ty điện lực xử lý sự cố Mất điện lâu dài xảy ra khi mất điện kéo dài quá 1 phút, thường do các sự cố duy trì trong hệ thống.
Vùng cấp đi n danh đ ệ ịnh
V ù ng ho ạ t đ ộ ng bì nh
S t áp thoáng qua ụ S t áp t m th i ụ ạ ờ
Hình 1.4 Mười dải biến thiên điện áp ngắn hạn phân chia theo biên độ sụt áp
Biến thiên điện áp ngắn hạn được phân chia thành 10 vùng theo biên độ điện áp, bao gồm 8 vùng "sụt áp" từ 10-20% đến 80-90% Ngoài ra, còn có 2 vùng biên là 0-10% liên quan đến mất điện ngắn hạn.
90-100% vùng cấp điện danh định
Để tối ưu hóa hiệu suất của thiết bị điện trong điều kiện cung cấp điện hiện tại, cần nắm rõ thông tin về sụt áp, chiếm 31% và lưới điện nội bộ của cơ sở sản xuất, chiếm 23% Việc hiểu rõ số lượng và đặc điểm của biến thiên điện áp ngắn hạn do các sự cố lưới điện truyền tải và phân phối sẽ giúp cải thiện hoạt động của thiết bị Phân tích phản ứng của thiết bị trước hiện tượng biến thiên điện áp là bước tiếp theo quan trọng trong quá trình này.
Hình 1.5 Các ng– uồn gây biến thiên điện áp ngắn hạn và mất điện
Hình 1.6 – Đường cong chịu đựng biến thiên điện áp ngắn hạn của thiết bị điện
Để xác định các thao tác vận hành thiết bị phù hợp với sự cố sụt áp, cần phân tích 20 thiên điện áp ngắn hạn Kết quả phân tích này sẽ giúp khách hàng tìm ra giải pháp nâng cao hiệu quả hoạt động hoặc lựa chọn mua điện từ các nhà cung cấp ít bị biến thiên điện áp ngắn hạn hơn Đồng thời, khách hàng cũng có thể cải tiến hệ thống điện của mình để tăng khả năng chống chọi với sự cố Độ nhạy của thiết bị đối với sự cố sụt điện áp khác nhau tùy thuộc vào đặc tính phụ tải, chế độ điều khiển và phạm vi ứng dụng, với ảnh hưởng của biên độ và thời gian sụt áp.
Vùng chịu ảnh hưởng bởi biến thiên điện áp ngắn hạn và mất điện là khu vực lưới điện phân bố theo không gian địa lý, nơi có điện áp vượt ra ngoài dải hoạt động bình thường.
Trong vùng này các thiết bị hoạt động thiếu chính xác, gây ảnh hưởng đến thiết bị điện
Vùng sự cố được tính theo đơn vị độ dài (km).
1.2.3 Các biện pháp ngăn ngừa và loại trừ sự cố biến thiên điện áp ngắn hạn và mất điện
Các công ty điện lực, người sử dụng cuối cùng và nhà sản xuất thiết bị đã thực hiện nhiều biện pháp nhằm giảm tần suất và cường độ biến thiên điện áp ngắn hạn, đồng thời giảm tính nhạy cảm của thiết bị trước hiện tượng sụt áp Các biện pháp hiệu quả nhất thường được thực hiện ở cấp điện áp thấp nhất, gần gũi với phụ tải, giúp tiết kiệm chi phí.
Hình 1.7 Vùng bị ảnh hưởng của biến thiên điện áp ngắn hạn và mất điện
Thủ tục đánh giá tính kinh tế để tìm ra phương án tối ưu để giải quyết biến thiên điện áp ngắn hạn gồm các bước sau:
Mô tả đặc tính chất lượng điện năng của hệ thống điện
Dự toán các phương án khác nhau để cải thiện chất lượng điện năng
Mô tả các giải pháp thay thế bao gồm các loại chi phí và tính hiệu quả của từng phương án
Thực hiện phân tích so sánh kinh tế của các phương án
Khi xem xét các phương án thay thế, cần đánh giá toàn diện các yếu tố như chi phí đầu tư, chi phí vận hành và bảo dưỡng, cũng như chi phí thanh lý các thiết bị không còn sử dụng Ngoài ra, cần lưu ý đến chi phí về đất đai, thuế và các chi phí hoạt động hàng năm Dưới đây là ví dụ về chi phí đầu tư và suất chi phí O&M nhằm khắc phục biến thiên điện áp ngắn hạn.
Bảng 1.2 Chi phí đầu tư và suất chi phí O&M khắc phục sự cố sụt áp
STT Phương án thay thế Chi phí đầu tƣ
Chi phí vận hành và bảo dƣỡng hàng năm (O&M) (% chi phí đầu
I Bảo vệ điều khiển (