Nghiên ứu 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 thành phố hưng yên

49 Trang 7 DANH MỤC CÁC CHỮ V T TIẾẮT CCĐ Cung cấp điệnCHQS Chỉ huy quõn sựCLĐN Chất lượng điện năngCSPK Cụng suất phản khỏngDNTN Doanh nghiệp tư nhõn ĐTC Độ tin cậyHTĐ Hệ thống điệnHY

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

K THU Ỹ ẬT ĐIỆ N

Hà N ộ i – Năm 2018

B GIÁO D Ộ ỤC VÀ ĐÀO TẠ O

TRƯỜ NG Đ Ạ I H C BÁCH KHOA HÀ N I Ọ Ộ

-

NGHIÊM ĐÌNH HẢ I

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 THÀNH PHỐ HƯNG YÊN

Chuyên ngành: K THU Ỹ ẬT ĐIỆ N

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

K THU Ỹ ẬT ĐIỆ N

NGƯỜI HƯỚ NG D N KHOA H C: Ẫ Ọ

TS LÃ MINH KHÁNH

Hà N ộ i – Năm 2018

L I CAM Ờ ĐOAN

Tôi xin cam oan â là công trình nghiđ đ y ên cứu c a riêng tôi ủ

Các s li u, ố ệ kết qu t ng lu n v n là trung th ch a t ng ả ro ậ ă ực và ư ừ được ai công

b trong t ố bấ kỳ công trình nào khác

T gi lu v ác ả ận ăn

Nghiêm Đình Hải

MỤC L ỤC

L I CAM Ờ ĐOAN 1

MỤC LỤC 2

DANH MỤC CÁC CHỮ V T T IẾ ẮT 5

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 6

DANH MỤC CÁC BẢN VẼ 6

MỞ ĐẦU 7

CHƯƠNG 1 ĐẶT VẤN ĐỀ 10

1.1 Vấn đề bảo đảm chất lượng hoạt động của hệ thống điện phân phối 10

1.2 Giảm tổn thất điện áp, giảm tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong lưới điện phân phối 11

1.2.1 Các loại tổn thất trên lưới điện 11

1.2.2 Tổn thất điện áp 12

1.2.3 Tổn thất công su t 14 ấ 1.3 Quy định của Bộ Công thương đối với yêu cầu vận hành và kế hoạch đầu tư phát triển lưới điện phân phối 16

1.3.1 Yêu cầu kỹ thuật đối với điện áp trong lưới điện phân phối 16

1.3.2 Yêu cầu đối với tổn thất điện năng trong lưới điện phân phối 17

1.3.3 Yêu cầu đối với kế hoạch đầu tư phát triển và tối ưu lưới điện phân phối 18

1.4 Thực tiễn sử dụng sơ đồ phân phối với máy biến áp 1 pha và máy biến áp 3 pha theo mô hình tại Nhật Bản và Mỹ 19

1.5 Cấu tạo, nguyên lý làm việc của máy biến áp 1 pha 21

1.5.1 Cấu tạo máy biến áp 1 pha : Gồm có hai phần chính 21

1.5.2 Sơ đồ nguyên lý máy biến áp 1 pha 22

1.5.3 Ưu nhược điểm của máy biến áp 1 pha 23

1.6 Kết luận chương một 23

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA VIỆC THAY THẾ MÁY BIẾN ÁP ĐẾN THÔNG SỐ VẬN HÀNH CỦA LƯỚI PHÂN PHỐI 25

2.1 Xác định vị trí và phương án thay thế máy biến áp 3 pha bằng máy biến áp 1 pha tối ưu 25

2.1.1 Xác định vị trí đặt MBA 1 pha tối ưu 25

2.1.2 Xác định phương án thay thế MBA 3 pha tối ưu: 27

2.3 Phương pháp đánh giá kinh tế , kỹ thuật 31

2.3.1 Phương pháp đánh giá hiệu quả kinh tế dựa trên chỉ số NPV Giá trị hiện tại – thuần 31

2.3.2 Phương pháp đánh giá hiệu quả kinh tế dựa trên chỉ số IRR Tỉ suất hoàn – vốn nội bộ 32

2.4 Chương trình PSS/ADEPT tính toán lưới điện 32

2.4.1 Tổng quan về chương trình PSS/ADEPT 32

2.4.2 Các bước tính toán tổn thất điện áp, tổn thất công suất tác dụng và tổn thất điện năng lưới điện trung áp bằng chương trình PSS/ADEPT 33

2.4.3 Các bước toán tổn thất điện áp, tổn thất công suất tác dụng và tổn thất điện năng lưới điện hạ áp bằng chương trình PSS/ADEPT 35

2.5 Kết luận chương 2 37

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN ÁP DỤNG CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THÀNH PHỐ HƯNG YÊN 38

3.1 Mô tả lưới điện Thành phố Hưng Yên 38

3.1.1 Hạ tầng lưới điện 38

3.1.1.1 Lưới điện trung áp 38

3.1.1.2 Trạm biến áp phụ tải 38

3.1.1.3 Lưới điện hạ áp 38

3.1.2 Đặc điểm phụ tải 39

3.2 Xác định xuất tuyến tính toán 39

3.2.1 Dây dẫn: 39

3.2.2 Máy biến áp phụ tải thuộc đường dây 479 E28.7: 39

3.2.3 Đường dây hạ áp sau các máy biến áp phụ tải thuộc lộ 479 E28.7: 39

3.2.4 Phụ tải đường dây 479 E28.7 40

3.2.4.1 Tỷ trọng 5 thành phần phụ tải 40

3.2.4.2 Biểu đồ phụ tải đường dây 479 E28.7 ngày điển hình 40

3.2.4.3 Dự kiến phụ tải đường dây 479 E28.7 giai đoạn 2018-2020 41

3.3 Tính toán các chỉ số trước khi thay đổi (hiện trạng) 41

3.3.1 Đường dây 479 E28.7 hiện trạng: 41

3.3.2 Đường dây hạ thế sau trạm biến áp 250 kVA Phạm Bạch Hổ hiện trạng: 42 3.3.3 Các đường dây hạ thế sau các máy biến áp công cộng thuộc đường dây 479

3.4 Xác định phương án thay thế máy biến áp 3 pha bằng máy biến áp 1 pha 44

3.4.1 Phương án 1: Thay MBA 3 pha bằng tổ hợp các MBA 1 pha đặt tại vị trí đặt MBA 3 pha hiện trạng 45

3.4.2 Phương án 2: Thay MBA 3 pha bằng các MBA 1 pha tại vị trí phụ tải (có bao nhiêu phụ tải thì bổ sung bấy nhiêu máy biến áp 1 pha) 46

3.4.3 Phương án 3: Thay MBA 3 pha bằng các MBA 1 pha tại vị trí hợp lý, MBA 1 pha cấp điện cho các nhóm phụ tải 46

3.4.3.1 Tính toán các chỉ số phần TBA và đường dây hạ áp cho phương án 3: 47 3.5 Tính toán các chỉ số kỹ thuật và kinh tế cho đường dây 479 E28.7 theo phương án được chọn 49

3.5.1 Tính toán các chỉ số phần đường dây trung áp 479 E28.7: 49

3.6 Ảnh hưởng các thông số kỹ thuật của đường dây 479 E28.7 thuộc lưới điện trung hạ áp khu vực thành phố Hưng Yên sau khi thay thế máy biến áp 3 pha bằng máy biến áp 1 pha: 51

3.7 Đánh giá các chỉ số kinh tế và hiệu quả đầu tư 52

3.8 Kết luận chương 3 52

CÁC KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 53

TÀI LIỆU THAM KH ẢO 55

PH Ụ L C Ụ 56

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

DANH MỤC CÁC BẢN VẼ

MBA 3 pha bằng MBA 1 pha

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Thành phố Hưng Yên là trung tâm văn hóa chính trị của tỉnh Hưng Yên Thành phố Hưng Yên có 17 đơn vị hành chính gồm 7 phường, 10 xã với diện tích tự nhiên 7.342,07 ha và dân số trên 147 nghìn người

Điện lực Thành phố Hưng Yên là đơn vị trực thuộc Công ty Điện lực Hưng Yên Điện lực Thành phố Hưng Yên hiện đang quản lý vận hành 130,20 km đường dây trung áp 22 kV, 35 kV; 307.333 km đường dây hạ áp, 276 trạm biến áp phân

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

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

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 thành phối Hưng Yên

2 Mục đích ghiên u n cứ

giảm tổn thất và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện của lưới phân phối, một trong

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

để phân bổ, chống đầy tải ở các trạm 110kV và giảm tổn thất điện năng trên lưới điện 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 ó, kh p c n ng t n t v a nêu, t i s vào nghiđ để ắc hụ hữ ồ ại ừ đề ài đ âu ên 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 Thành phố Hưng Yên

đề xuất các giải pháp nhằm nâng cao hi qu v hành ệu ả ận để nâng cao chất lượng iện n ng, giảm n th t, nâng đ ă tổ ấ cao độ tin c y cung ậ cấp đ ệ i n T ó lừ đ àm cơ ở s

áp d ng cho ụ các khu vực có lưới điện ph p i t ng t ân hố ươ ự

+ 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

- Phân tích hiện trạng và cấu trúc của sơ đồ lưới điện phân phối trung áp 22kV thành phối Hưng Yên nhằm đề xuất các phương án thay thế máy biến áp 3 pha thành máy biến áp 1 pha phù hợp

- 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 thành phố Hưng Yên 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

- Đánh giá các chỉ số tổn thất điện năng, tổn thất công suất bằng số liệu thực tế

Sử dụng các phương pháp tính toán các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của lưới điện tương ứng Từ đó đưa ra các giải pháp để cải thiện các chỉ số đó

5 Nội dung nghiên cứu

đượ đặc t t nhên ư sau: “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 thành phố Hưng Yên”

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

có các chương như sau:

CHƯƠNG ĐẶT VẤN ĐỀ1

Theo quy định của Bộ Công thương ([1]), hệ thống điện phân phối là hệ thống điện bao gồm lưới điện phân phối và các khách hàng sử dụng điện đấu nối vào lưới điện phân phối

Theo đó, đơn vị phân phối điện là đơn vị điện lực được cấp giấy phép hoạt động điện lực trong lĩnh vực phân phối và bán điện, bao gồm:

a) Tổng công ty Điện lực;

b) Công ty Điện lực tỉnh, thành phố trực thuộc Tổng công ty Điện lực (sau đây viết tắt là Công ty Điện lực tỉnh)

hành lưới điện với yêu cầu bảo đảm chất lượng hoạt động của hệ thống phân phối điện theo quy định của Bộ Công thương Cụ thể bao gồm các công việc:

- Điều khiển lưới điện làm việc trong chế độ xác lập bình thường theo một chương trình đã được chuẩn bị trước Xử lý các tình huống sự cố như ngắn mạch, hỏng hóc thiết bị…

- Lập chương trình vận hành ngắn hạn, tính toán chọn sơ đồ vận hành của lưới điện, tính toán, chỉnh định thiết bị điều khiển, bảo vệ…

- Sửa chữa, bảo dưỡng đường dây, trạm biến áp Thực hiện các công tác cải tạo, nâng cấp lưới điện

Công tác quản lý, quy hoạch và vận hành lưới điện đòi hỏi phải đáp ứng được các yêu cầu:

- Đảm bảo hiệu quả kinh tế cao: Tổn thất công suất trong chế độ max và tổn thất điện năng thấp nhất

- Đảm bảo an toàn cho người vận hành và sử dụng trong chế độ bình thường cũng như sự cố

Để đạt được những yêu cầu trên, cần có chi phí đầu tư, hoạt động và bảo dưỡng cho lưới điện phân phối Cụ thể trong mỗi giai đoạn quy hoạch khi có các yêu cầu kỹ thuật và điều kiện vận hành tương ứng, các quyết định quy hoạch và phát triển lưới điện phân phối sẽ được thực hiện với sự hỗ trợ của bài toán tối ưu nhằm đánh giá các chỉ số kinh tế kỹ thuật của lưới điện Bài toán tối ưu hóa các điều kiện kể trên với chi phí thấp nhất là bài toán yêu cầu quan trọng của lưới phân phối

Do có những đặc điểm khác với lưới truyền tải nên việc tính toán, vận hành

dự kiến tính toán cho lưới phân phối hạ áp, với phụ tải phân bố không đối xứng trên

3 pha, nên phải sử dụng sơ đồ 3 pha 4 dây để tính toán

lưới điện phân phối

Theo ([4]), đối với công tác quy hoạch, quản lý và vận hành hệ thống phân phối điện nói chung, trong các thông số cơ bản cần được bảo đảm có tổn thất điện

áp, giảm tổn thất công suất và tổn thất điện năng Các thông số này gắn liền với tính chất vật lý của quá trình truyền tải và phân phối điện, không thể loại bỏ hoàn toàn

mà chỉ có thể hạn chế ở mức độ hợp lý dựa trên khả năng kinh tế và các điều kiện vận hành tương ứng

1.2.1. Các loại tổn thất trên lưới điện

Khi đường dây mang tải, trong đường dây và máy biến áp xảy ra các hiện tượng sau ([4,5]):

Tổn thất điện áp trên đường dây và trong máy biến áp, hiện tượng này làm cho điện áp ở đầu nguồn và phụ tải chênh lệch nhau Đối với đường dây phân phối

hạ áp, điện áp ở cuối đường dây nhỏ hơn điện áp ở đầu đường dây Tổn thất điện áp

tỷ lệ thuận với tổng trở và tỷ lệ nghịch với điện áp vận hành của lưới điện

Tổn thất công suất, trên đường dây và máy biến áp có các phần tử như điện trở, cảm kháng và điện dẫn, công suất tác dụng và công suất phản kháng sẽ bị tổn hao một phần trên các phần tử này, dẫn đến công suất của nguồn điện phát ra lớn

hơn công suất yêu cầu của phụ tải Tương tự như đối với tổn thất điện áp, tổn thất công suất cũng phụ thuộc điện áp vận hành của lưới

Tổn thất công suất trên lưới trong một khoảng thời gian gây ra tổn thất điện năng, để đánh giá được cần có thêm thông số của phụ tải thay đổi theo thời gian

Các tổn thất kể trên đều gây ảnh hưởng tới chất lượng và chi phí sản xuất điện năng Chính vì vậy, trong vận hành lưới phân phối, cần tìm cách giảm thiểu các dạng tổn thất trên Để so sánh, đối chiếu các phương án đề suất về phương diện giảm tổn thất, ta cần phải đi tính toán các tổn thất đó

1.2.2. Tổn thất điện áp

a) 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 1.1 Sơ đồ thay thế đường dây Giả sử rằng phụ tải tại nút 2 có tính cảm, tức là dòng điện trên đường dây: I12

chậm pha hơn so với điện áp U2, lấy U2 làm gốc tính toán

Hình 1.2 Quan hệ giữa các đại lượng vecto

Dòng điện dây I có th phân tích thành 2 thành ph n, ph n thể ầ ầ ực I12r trùng

v i trớ ục U và thành phần ảo I12i vuông góc với U,

b) Tổn thất điện áp trên máy biến áp

Sơ đồ thay thế của máy biến áp hai cuộn dây được mô tả như sau:

Hình 1.3 Sơ đồ thay thế máy biến áp Nếu có th b qua t n th t công su t không t i ΔSể ỏ ổ ấ ấ ả 0 thì:

 =   +  

1.2.3 T ổn thất công su t ấ

a. Tổn thất công suất trên đường dây

Tổn thất công suất trên đường dây bao gồm tổn thất công suất tác dụng và tổn

T n th t công suổ ấ ất tác dụng trên một pha được tính b ng công thằ ức:

b. 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

áp T n thổ ất này được xác định theo các s li u k thu t cố ệ ỹ ậ ủa máy:

 = +  Trong đó: ΔP là tổn thất công suất tác dụng không tải của máy biến áp; ΔQ0 0 là tổn thất công suất phản kháng không tải của máy biến áp, được tính bằng công ứth c:

 = .

100Phần còn l i ph thu c vào công su t tạ ụ ộ ấ ải 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

và X btính theo điện áp phía nào thì điện áp Uđmb lấy ủa phía đó c

1.3 Quy định của Bộ Công thương đối với yêu cầu vận hành và kế hoạch đầu tư

Thông tư 39/2015 của Bộ Công thương quy định hệ thống phân phối điện với đối tượng là các đơn vị Điện lực toàn quốc, được coi là đơn vị phân phối điện Trong đó các phạm vi điều chỉnh bao gồm:

- Đánh giá nhu cầu phụ tải điện

- Kế hoạch đầu tư phát triển lưới điện phân phối

- Điều kiện, yêu cầu kỹ thuật và thủ tục đấu nối vào lưới điện phân phối

1.3.1 Yêu cầu kỹ thuật đối với điện áp trong lưới điện phân phối

Các cấp điện áp danh định trong hệ thống điện phân phối:

Các cấp điện áp danh định trong hệ thống điện phân phối bao gồm 110 kV,

35 kV, 22 kV, 15 kV, 10 kV, 06 kV và 0,4 kV

Độ lệch điện áp yêu cầu tại các vị trí:

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 ± 05 %;

Tại điểm đấu nối với nhà máy điện là + 10% và - 05 %;

Trường hợp nhà máy điện và khách sử dụng điện đấu nối vào cùng một thanh cái trên lưới điện 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

Trong chế độ sự cố nghiêm trọng hệ thống điện truyền tải hoặc khôi phục sự

Trường hợp Khách hàng sử dụng lưới điện phân phối có yêu cầu chất lượng điện áp cao hơn so với quy định tại Khoản 2 Điều này, Khách hàng sử dụng lưới điện phân phối có thể thỏa thuận với Đơn vị phân phối điện hoặc Đơn vị phân phối

và bán lẻ điện

Yêu cầu về cân bằng pha:

Trong chế độ làm việc bình thường, thành phần thứ tự nghịch của điện áp pha không vượt quá 03% điện áp danh định đối với cấp điện áp 110 kV hoặc 05% điện áp danh định đối với cấp điện áp trung áp và hạ áp

1.3.2 Yêu cầu đối với tổn thất điện năng trong lưới điện phân phối

Tổn thất điện năng của lưới điện phân phối bao gồm:

- 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

Thông tư 39/2015 của Bộ Công thương không đặt ra chỉ tiêu cụ thể đối với tỷ

lệ tổn thất điện năng cần đáp ứng trong công tác quy hoạch và thiết kế lưới điện phân phối Tuy nhiên có quy định về trình tự phê duyệt và đánh giá tổn thất điện năng tại các đơn vị phân phối điện như sau:

- 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 điện 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

Bộ Công thương có quy định chung về kế hoạch đầu tư phát triển lưới điện phân phối, trong đó yêu cầu mỗi năm, Tổng công ty Điện lực có trách nhiệm lập kế hoạch đầu tư phát triển lưới điện phân phối trong phạm vi quản lý cho năm tới và có xét đến 02 năm tiếp theo

Yêu cầu đối với kế hoạch đầu tư phát triển và tối ưu lưới điện phân phối hàng năm cụ thể như sau:

- Đảm bảo cung cấp điện cho nhu cầu phụ tải của khách hàng hiện có và các khách hàng mới dự kiến; đấu nối các nguồn điện mới vào lưới điện phân phối

- Đáp ứng các yêu cầu vận hành hệ thống điện phân phối và có chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật tốt nhất

- Đề xuất danh mục chi tiết và tiến độ đưa vào vận hành các công trình lưới điện phân phối cần đầu tư trong năm tới và tổng khối lượng đầu tư theo các hạng mục công trình

Kế hoạch đầu tư phát triển lưới điện phân phối, trong đó có vấn đề tính toán tối ưu hóa các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của lưới điện, bao gồm các nội dung chính sau:

- Đánh giá hiện trạng lưới điện phân phối, có xét tới dự báo nhu cầu phụ tải điện năm tới và danh mục các điểm đấu nối với khách hàng sử dụng lưới điện phân phối kèm theo dự kiến điểm đấu nối đã được thỏa thuận

- Đánh giá tình hình thực hiện đầu tư các công trình lưới điện phân phối trong kế hoạch đầu tư phát triển lưới điện phân phối

Các tính toán phân tích, lựa chọn sơ đồ kết lưới tối ưu, bao gồm:

- Tính toán tổn thất điện áp trên lưới phân phối;

- Tính toán tổn thất điện năng trên lưới phân phối;

- Tổng hợp các chỉ tiêu kinh tế, vốn đầu tư xây dựng mới và cải tạo lưới điện phân phối theo các cấp điện áp

Có thể thấy chiến lược quy hoạch và phát triển lưới phân phối, cụ thể là cấu

transfomers) hạ áp trực tiếp xuống cấp 100/120V cho các hộ tiêu thụ Chiến lược này dẫn đến điện áp vận hành trong lưới hạ áp của các quốc gia không giống nhau Đối với hầu hết các khu vực còn lại, ví dụ như tại các nước châu Âu, chiến lược quy hoạch sử dụng một máy biến áp phân phối 3 pha cho khách hàng lớn hoặc một nhóm các khách hàng sử dụng điện, với cấp điện áp phía thứ cấp là 220V Hiện nay Việt Nam sử dụng mô hình hệ thống phân phối điện tương đối giống với các nước châu Âu 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

Hệ thống phân phối của đa số các quốc gia châu Âu sử dụng máy biến áp phân phối công suất lớn hơn và cấp điện cho nhiều hộ tiêu thụ hơn với một máy tập trung tại tâm phụ tải Máy biến áp phân phối được sử dụng là máy biến áp ba pha,

lưới phân phối Bắc Mỹ 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:

Chiều dài của 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 đáng kể, cho phép giảm các chỉ số tổn thất công suất và tổn thất điện năng trên lưới 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 chi 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 khi sử dụng nhiều máy biến áp 1 pha

Về độ linh hoạt, hệ thống phân phối ở Bắc Mỹ có thiết kế phần sơ cấp linh

tạp cao hơn ở phần thứ cấp do cấp điện cho nhiều hộ tiêu thụ Với lưới đô thị, do chỉ cần một máy biến áp, vị trí có thể lựa chọn linh hoạt tùy thuộc vào phân bố hộ tiêu thụ tương ứng 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 Sử dụng máy biến áp 1 pha cũng làm phức tạp hóa nhiều hơn trong vấn đề phân bố và lựa chọn vị trí đặt của các máy biến áp nhằm đảm bảo mức độ đối xứng của lưới điện phân phối, có thể làm tăng tổn thất điện năng trong lưới điện

1.5 Cấu tạo, nguyên lý làm việc của máy biến áp pha1

1.5.1 Cấu tạo máy biến áp 1 pha : Gồm có hai phần chính

Hình 1.4 Máy biến áp 1pha a) Mạch từ :

Lõi thép làm bằng các lá thép kĩ thuật điện (dày từ 0,35mm đến 0,5mm có lớp cách điện bên ngoài) và ghép lại thành một khối Dùng để dẫn từ cho máy

b) Dây quấn:

- Làm bằng dây điện từ (tráng lớp cách điện) quấn trên lõi thép

+ Dây quấn sơ cấp: nối với nguồn, kí hiệu U1, có N1 vòng dây

+ Dây quấn thứ cấp: lấy điện ra sử dụng, kí hiệu U2, có N2 vòng dây

1.5.2 Sơ đồ nguyên lý máy biến áp 1 pha

Hình 1.5 Cấu tạo Máy biến áp 1pha MBA làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ, đặt một điện áp xoay chiều U1 vào cuộn dây sơ cấp (có số vòng dây quấn n1) sẽ có dòng điện xoay chiều I1 chạy qua, tạo nên từ thông biến thiên trong lõi thép

Do mạch từ khép kín nên từ thông này móc vòng qua hai cuộn dây tạo nên trong đó các sức điện động E1 và E2

Nếu bỏ qua điện trở của các bộ dây quấn và tổn hao ta có:

U1 = E1 và U2 = E2

K: là tỉ số biến áp

hay là

K>1 Û U1 > U2: Máy biến áp giảm áp

K<1 Û U1 < U2: Máy biến áp tăng áp

1.5.3 Ưu nhược điểm của máy biến áp 1 pha

+Ưu điểm:

- Làm giảm bán kính cấp điện trong lưới phân phối hạ áp , dẫn đến giảm tổn thất công suất , giảm tổn thất điện năng trên lưới đặc biệt là giảm tổn thất điện áp dẫn đến giảm cấp điện áp làm cho chi phí cách điện cho các thiết bị hạ áp giảm đáng kể

- Về độ an toàn khi dùng máy biến áp một pha 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

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 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… Phần tiếp theo của luận văn sẽ tìm hiểu các nội dung này trong bài toán và tính toán áp dụng cho một xuất tuyến lưới điện phân phối thực tế

CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA VIỆC THAY 2

THẾ MÁY BIẾN ÁP ĐẾN THÔNG SỐ VẬN HÀNH CỦA LƯỚI PHÂN PHỐI

2.1 Xác định vị trí và phương án thay thế máy biến áp 3 pha bằng máy biến áp

1 pha tối ưu

Trong dự án quy hoạch phát triển LĐPP, vị trí đặt các máy biến áp 1 pha sẽ

là tối ưu khi thỏa mãn các yếu tố sau đây:

- Vị trí lắp đặt t ạm biến áp khả thi khi triển khai dự ánr

- Đảm bảo các yêu cầu chất lượng điện năng và độ tin cậy sau lưới hạ áp

- Hiệu quả thu được là lớn nhất dựa trên so sánh kinh tế kỹ thuật các chỉ tiêu của lưới điện

Như vậy kịch bản thay thế máy biến áp 3 pha thành 1 pha sẽ được xây dựng dựa trên việc đánh giá hiện trạng và cấu trúc của lưới điện phân phối hiện có

Nguyên tắc bố trí cấu trúc lưới:

Đối với mỗi khu vực tuỳ theo thực tế của phụ tải có thể lựa chọn một trong các dạng cấu trúc lưới phân phối Các cấu trúc này thay đổi về số lượng và vị trí đặt của máy biến áp 1 pha thay thế cho máy biến áp 3 pha trên lưới trung áp, số lượng các xuất tuyến hạ áp từ trạm biến áp 1 pha cấp điện cho các hộ tiêu thụ Lựa chọn một phương án cấu trúc lưới thay thế hay kịch bản cung cấp điện sẽ làm thay đổi tổng chiều dài của lưới trung áp và hạ áp tương ứng, công suất và số lượng các máy biến áp, tổng trở lưới tính đến các vị trí máy biến áp mới Từ đó làm thay đổi các thông số kinh tế kỹ thuật tương ứng bao gồm:

- Tổn thất điện áp, tổn thất công suất và tổn thất điện năng trên đường dây trung hạ áp và trong các máy biến áp;

- Tổng chiều dài và tiết diện dây dẫn trung áp và hạ áp trong cấu trúc lưới;

Có một số cấu trúc sử dụng máy biến áp trong lưới điện phân phối như sau (hình 1.9) (theo [5,6])

Hình 2.1 Sơ đồ cấu trúc lưới điện sử dụng MBA 1 pha và MBA 3 pha

Tham khảo mô hình lưới điện hiện tại trên thế giới của các nước Bắc Mỹ

1 pha trong sơ đồ kết hợp Cụ thể dùng MBA 3 pha cho c khu v ph t i chcá ực ụ ả ủ yếu là 3 pha như các khu công nghiệp , nhà xưởng và s d ng ph ng án dùng ử ụ ươMBA 3 ph k t ha ế ợp v i MBA 1 pha iện áớ đ p dây và 1 pha i n áp pha cho c đ ệ cákhu dân c ư

Một nhận xét có thể thấy khi áp dụng các kịch bản tái cấu trúc lưới bằng cách thay thế máy biến áp 2 pha thành một pha đối với lưới điện phân phối của Việt Nam là phần lợi ích thu được khi hạ cấp điện áp phía thứ cấp, đến từ việc giảm chi phí cách điện, là chưa thể áp dụng cho toàn xã hội Vì thế hiệu quả tính toán hiện nay chỉ đến từ việc thay đổi thông số kinh tế kỹ thuật của bản thân lưới điện phân phối mà thôi Việc đánh giá hiệu quả đối với các thiết bị trong hộ tiêu thụ đòi hỏi một nghiên cứu mang tính tổng quát hơn với quy mô toàn xã hội trong thời gian dài, vì thế chưa xét đến trong phạm vi luận văn này

2.1.2 Xác định phương án thay thế MBA 3 pha tối ưu:

định phương án thay thế sao cho:

+ Đảm bảo các chỉ số về kỹ thuật

+ Đảm bảo hiệu quả về kinh tế trong đầu tư

Cụ thể tác giả tính toán với 3 phương án để chọn phương án tối ưu:

t+ Phương án 1: Thay MBA 3 pha bằng tổ hợp các MBA 1 pha đặt ại vị trí đặt MBA 3 pha hiện trạng

+ Phương án 2: Thay MBA 3 pha bằng các MBA 1 pha tại vị trí phụ tải (có bao nhiêu phụ tải thì bổ sung bấy nhiêu máy biến áp 1 pha)

+Phương án 3: Thay MBA 3 pha bằng các MBA 1 pha tại vị trí hợp lý, MBA

1 pha đó sẽ cấp điện cho các nhóm phụ tải

2.2 Tính toán lưới phân phối điện trung và hạ áp với thông số không đối xứng.

Trong tính toán LĐPP trung và hạ áp có thể có 1 số quy ước và xử lý thông

số tương ứng với từng pha nhằm cho phép nhập và tính toán thông số tại từng vị trí của mỗi pha

Giả thiết tính toán: Không đối xứng trong lưới hạ áp thường là không đối

xứng modul, còn góc pha thì vẫn có thể xem là đối xứng (theo [4]) Do trong dây trung tính có dòng điện trở về, nên có sự lệch trung điểm giữa điện áp đầu nguồn và điện áp cuối đường dây, nhưng độ lệch này rất nhỏ nên vẫn có thể xem các vecto điện áp tương ứng ở dầu nguồn và cuối đường dây là trùng nhau (hình 2.2)