Đặc biệt là các phụ tải lớn tại các khu công nghiệp có mức tiêu thụ công suất phản kháng rất lớn do các phụ tải này đều mang tính chất điện cảm, và điều này đã làm gia tăng tổn thất điện
LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI
Lưới điện phân phối trung thế cấp điện áp 22 kV
2.1.1 Giới thiệu lưới điện phân phối trung thế cấp điện áp 22 kV
Lưới điện phân phối (LĐPP) là một phần của hệ thống điện, làm nhiệm vụ phân phối điện năng từ các trạm trung gian, các trạm khu vực hay thanh cái của nhà máy điện cấp điện cho phụ tải LĐPP là khâu cuối cùng của hệ thống điện đưa điện năng trực tiếp đến người tiêu dùng [1][4] Tính đến nay lưới điện trung áp đã trải khắp các vùng, miền trên đất nước, tuy nhiên còn một số thôn, bản hay huyện đảo vẫn chưa được dùng điện lưới quốc gia mà họ vẫn phải dùng điện từ các thuỷ điện nhỏ hoặc máy phát điện diesel
2.1.2 Đặc điểm của lưới điện phân phối trung thế cấp điện áp 22 kV
LĐPP được phân bố trên diện rộng, thường vận hành không đối xứng và có tổn thất lớn Vấn đề tổn thất trên này liên quan chặt chẽ đến các vấn đề kỹ thuật của lưới điện từ giai đoạn thiết kế đến vận hành Do đó, trên cơ sở các số liệu về tổn thất có thể đánh giá sơ bộ chất lượng vận hành của LĐPP
Trong những năm gần đây, LĐPP của nước ta phát triển mạnh, các Công ty Điện lực cũng được phân cấp mạnh mẽ về quản lý Vì vậy, chất lượng vận hành của LĐPPTA được câng cao rõ rệt, tỷ lệ tổn thất điện năng giảm mạnh song vẫn còn rất khiêm tốn
Lưới điện trung áp chủ yếu ở các cấp điện áp 6kV, 10kV, 22kV, 35kV phân phối điện cho các trạm biến áp trung áp/hạ áp và các phụ tải cấp điện áp trung áp [1][4] Thông thường LĐPP được phân loại theo 3 dạng:
Theo đối tượng và địa bàn phục vụ: Lưới phân phối thành phố; lưới phân phối nông thôn hay lưới phân phối xí nghiệp
Theo thiết bị dẫn điện: Lưới điện phân phối trên không; lưới điện phân phối cáp ngầm
Theo cấu trúc hình dáng: Lưới hở (hình tia) có phân đoạn và không phân đoạn hay lưới kín vận hành hở
2.1.3 Vai trò của lưới điện phân phối
Lưới điện phân phối làm nhiệm vụ phân phối điện năng từ các trạm trung gian, trạm khu vực hay thanh cái của các nhà máy điện cho các phụ tải điện
LĐPP được xây dựng, lắp đặt phải đảm bảo nhận điện năng từ một hay nhiều nguồn cung cấp và phân phối đến các hộ tiêu thụ điện Đảm bảo cung cấp điện tiêu thụ sao cho ít gây ra mất điện nhất, đảm bảo cho nhu cầu phát triển của phụ tải Đảm bảo chất lượng điện năng cao nhất về ổn định tần số và ổn định điện áp trong giới hạn cho phép
LĐPP có tầm quan trọng đặc biệt đối với hệ thống điện:
Trực tiếp đảm bảo chất lượng điện áp cho phụ tải
Giữ vai trò rất quan trọng trong đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cho phụ tải Có đến 98% điện năng bị mất là do sự cố và ngừng điện kế hoạch lưới phân phối Mỗi sự cố trên LĐPP trung áp đều có ảnh hưởng rất lớn đến sinh hoạt của nhân dân và các hoạt động kinh tế, xã hội
Sử dụng tỷ lệ vốn rất lớn: khoảng 50% vốn cho hệ thống điện (35% cho nguồn điện, 15% cho lưới hệ thống và lưới truyền tải)
Tỷ lệ tổn thất điện năng rất lớn: khoảng 40-50% tổn thất điện năng xảy ra trên LĐPP Và tổn thất kinh doanh cũng chỉ xảy ra này
LĐPP gần với người dùng điện, do đó vấn đề an toàn điện cũng là rất quan trọng
2.1.4 Các phần tử chính của lưới điện phân phối
Các phần tử chủ yếu trong LĐPP bao gồm [4]:
MBA trung gian và MBA phân phối
Thiết bị dẫn điện: Đường dây tải điện
Thiết bị đóng cắt và bảo vệ: Máy cắt, dao cách ly, cầu chì, chống sét van, áp tô mát, hệ thống bảo vệ rơ le, giảm dòng ngắn mạch
Thiết bị điều chỉnh điện áp: Thiết bị điều áp dưới tải, thiết bị thay đổi đầu phân áp ngoài tải, tụ bù ngang, tụ bù dọc, thiết bị đối xứng hóa, thiết bị lọc sóng hài bậc cao
Thiết bị đo lường: Công tơ đo điện năng tác dụng, điện năng phản kháng, đồng hồ đo điện áp và dòng điện, thiết bị truyền thông tin đo lường
Thiết bị giảm tổn thất điện năng: Tụ bù
Thiết bị nâng cao độ tin cậy: Thiết bị tự động đóng lại, thiết bị tự đóng nguồn dự trữ, máy cắt hoặc dao cách ly phân đoạn, các khớp nối dễ tháo trên đường dây, kháng điện hạn chế ngắn mạch,
Thiết bị điều khiển từ xa hoặc tự động: Máy tính điện tử, thiết bị đo xa, thiết bị truyền, thu và xử lý thông tin, thiết bị điều khiển xa, thiết bị thực hiện,
Mỗi phần tử trên lưới điện đều có các thông số đặc trưng (công suất, điện áp định mức, tiết diện dây dẫn, điện kháng, điện dung, dòng điện cho phép, tần số định mức, khả năng đóng cắt ) được chọn trên cơ sở tính toán kỹ thuật
Những phần tử có dòng công suất đi qua (MBA, dây dẫn, thiết bị đóng cắt, máy biến dòng, tụ bù ) thì thông số của chúng ảnh hưởng trực tiếp đến thông số chế độ (điện áp, dòng điện, công suất) nên được dùng để tính toán chế độ làm việc của LĐPPTA
Nói chung, các phần tử chỉ có 2 trạng thái: Làm việc và không làm việc Một số ít phần tử có nhiều trạng thái như: Hệ thống điều áp, tụ bù có điều khiển, mỗi trạng thái ứng với một khả năng làm việc
Đặc tính phụ tải của lưới điện phân phối
Tải điện là căn cứ để tính toán thiết kế cũng như vận hành HTĐ như chọn các thiết bị điện, tính toán tổn thất công suất, tổn thất điện áp, tính và chọn các rơle bảo vệ Phụ tải điện là một hàm biến đổi theo thời gian phụ thuộc vào nhu cầu của khách hàng và vì vậy chúng không tuân thủ theo một qui luật nhất định
Xác định được phụ tải chính xác cho phép tính toán thiết kế và vận hành HTĐ đáp ứng được yêu cầu thực tiễn của khách hàng sử dụng điện Vì vậy, việc xác định và dự báo phụ tải nói chung và đồ thị phụ tải nói riêng là số liệu quan trọng trong việc thiết kế cũng như vận hành HTĐ
Trước tầm quan trọng đối với việc xác định đúng phụ tải, đã có rất nhiều công trình nghiên cứu nhằm xác định được phụ tải tính toán sát nhất với phụ tải thực tế và đã có nhiều phương pháp được áp dụng Các phương pháp xác định phụ tải được chia thành hai nhóm:
- Nhóm phương pháp dựa trên kinh nghiệm vận hành, thiết kế và được tổng kết lại bằng các hệ số tính toán (đặc điểm của nhóm phương pháp này là: thuận lợi nhất cho việc tính toán, nhanh chóng đạt kết quả, nhưng thường cho kết quả kém chính xác)
- Nhóm phương pháp dựa trên cơ sở của lý thuyết xác suất và thống kê (có ưu điểm cho kết quả khá chính xác, song cách tính lại rất phức tạp)
Sự thay đổi của phụ tải theo thời gian có thể được biểu diễn bằng các giá trị tức thời hay lấy theo giá trị trung bình của phụ tải trong khoảng thời gian được xét được gọi là đồ thị phụ tải và được phân thành: i) Đồ thị phụ tải hàng ngày ii) Đồ thị phụ tải hàng tháng iii) Đồ thị phụ tải hàng năm…
Ngoài ra, đồ thị phụ tải điện được phân loại theo đại lượng đo gồm: i) Đồ thị phụ tải tác dụng P(t)
11 ii) Đồ thị phụ tải phản kháng Q(t) iii) Đồ thị điện năng A(t)
Trong các nghiên cứu trước đây, tính toán thông số chế độ và tổn thất của hệ thống điện hay LĐPP thường tính toán các chế độ giới hạn của hệ thống như phụ tải cực đại hay cực tiểu.Ví dụ, tính toán tổn thất công suất và tổn thất điện năng được tính theo công suất cực đại và thời gian làm việc với công suất cực đại Tmax, thời gian chịu tổn thất công suất cực đại Tuy nhiên, giá trị của Tmax và là những giá trị giả thiết theo khảo sát đã được thực hiện từ rất lâu và hiện không còn phù hợp
Hơn nữa, khả năng tính toán của máy tính điện tử ngày nay cho phép sử dụng các chương trình tính với số lượng trạng thái và qui mô lớn Do đó, sự thay đổi của tải theo thời gian đã được xét đến bằng cách tính toán thông số chế độ của hệ thống theo đồ thị phụ tải ngày điển hình của mùa trong năm Phương pháp này xét đến thay đổi của phụ tải theo thời gian trong ngày và mùa trong năm do đó thông số chế độ được xem xét trong hầu hết các trạng thái vận hành của hệ thống trong thực tiễn
Vì vậy, việc tính toán các bài toán trong hệ thống điện nói chung và LĐPP nói riêng theo đồ thị phụ tải ngày điển hình theo mùa trong năm sẽ nâng cao được tính chính xác của kết quả tính toán Hơn nữa, thông số chế độ được xem xét trong hầu hết các chế độ của hệ thống nên đảm bảo được chất lượng điện năng của hệ thống.
Chất lượng điện năng của lưới điện phân phối
Công trình điện phải được thiết kế, xây dựng và vận hành bảo đảm yêu cầu chất lượng theo quy định về điện áp, tần số, hệ số công suất, sóng hài, sự nhấp nháy của điện áp, dòng ngắn mạch và thời gian loại trừ sự cố [2]
Các cấp điện áp danh định trong hệ thống điện bao gồm 500kV, 220kV, 110kV, 35kV, 22kV, 15kV, 10kV, 6kV và 0.4kV 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%
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 bởi sự cố trong khoảng +5% 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 mức dao động điện áp trong khoảng ±10% so với điện áp danh định Điện áp tăng cao sẽ uy hiếp cách điện đồng thời làm giảm tuổi thọ của các thiết bị (ví dụ điện áp tăng lên 5% thì tuổi thọ của bóng đèn sẽ bị giảm đi 50%) Ngược lại, điện áp giảm sẽ làm giảm công suất và gây ra hiện tượng quá nhiệt của thiết (ví dụ điện áp giảm 5% thì quang thông của đèn giảm tới 18%, công suất động cơ giảm và tốc độ quay giảm…)
Hệ số công suất có ảnh hưởng lớn đến tổn thất công suất và điện áp trong lưới điện bởi nó phản ánh lượng CSPK truyền tải trên hệ thống Vì vậy, theo Qui chuẩn quốc gia về kỹ thuật điện và Qui định hệ thống phân phối [2][3], nhà cung cấp điện năng phải bảo đảm hệ số công suất cos≥ 0.9 tại điểm đo của bên mua điện có công suất từ 80kW trở lên hoặc có MBA từ 100kVA trở lên Trong trường hợp cos
< 0.9 do tải của hộ sử dụng điện thì hộ sử dụng điện phải có biện pháp bảo đảm hệ số công suất cos≥ 0.9
Tần số danh định của hệ thống điện quốc gia là 50Hz với độ lệch được qui định như sau [2]:
Trong chế độ vận hành bình thường của hệ thống điện, tần số được phép dao động từ 49.8Hz đến 50.2Hz
Trong trường hợp sự cố đơn lẻ được phép dao động từ 49.5Hz đến 50.5Hz
Trong trường hợp hệ thống điện quốc gia bị sự cố nhiều phần tử, sự cố nghiêm trọng hoặc trong trạng thái khẩn cấp, cho phép tần số hệ thống điện dao động trong khoảng từ 47Hz cho đến 52Hz
Tổng độ méo sóng hài điện áp (THD) được xác định là tỷ số giữa điện áp hiệu dụng của sóng hài và giá trị hiệu dụng của điện áp cơ bản, biểu diễn bằng phần trăm như (2.1) [2] Trong đó, Ui là thành phần điện áp của sóng hài bậc i, U1 là thành phần điện áp của tần số cơ bản (50Hz)
Tổng độ méo sóng hài của điện áp ở điểm nối bất kỳ không được vượt quá những giá trị giới hạn cho trong Bảng 1.1
Bảng 2.1: Độ biến dạng sóng hài điện áp
TT Cấp điện áp Tổng độ méo dạng sóng hài (%) Độ méo riêng lẻ (%)
Mức nhấp nháy điện áp ngắn hạn (Pst) được xác định bằng phương pháp đo sử dụng thiết bị đo chuyên dùng trong khoảng thời gian là 10 phút [2] Pst95% là ngưỡng giá trị của Pst sao cho trong khoảng 95% thời gian đo và 95% số vị trí đo Pst không vượt quá giá trị này Mức nhấp nháy điện áp dài hạn (Plt) được xác định từ 12 kết quả đo
Pst liên tục (trong khoảng thời gian 2 giờ) theo biểu thức sau:
Trong điều kiện bình thường, giá trị độ nhấp nháy điện áp tại điểm đấu nối bất kỳ không được vượt quá giá trị giới hạn cho trong bảng sau:
Bảng 2.2: Giới hạn độ nhấp nháy điện áp
TT Điện áp Mức nhấp nháy cho phép
Cho phép đỉnh nhọn điện áp bất thường trên lưới điện phân phối trong thời gian ngắn vượt quá tổng mức biến dạng sóng hài quy định trong bảng trên, nhưng không được gây hư hỏng thiết bị của khách hàng sử dụng lưới điện phân phối.
Tổn thất và vấn đề giảm tổn thất trong lưới điện phân phối
2.4.1 Các nguyên nhân gây ra tổn thất trong lưới điện phân phối
Tổn thất điện năng trong hệ thống điện luôn luôn tồn tại do nhiều nguyên nhân khác nhau: mất mát năng lượng do hiệu ứng Joule, tổn thất từ trễ và dòng Foucault trong lõi từ của máy điện, tổn thất vầng quang trên các đường dây truyền tải điện, tổn thất do sai số trong hệ thống đo đếm, tổn thất do gian lận sử dụng… Những nguyên nhân này có thể được chia thành 2 nhóm: tổn thất kỹ thuật và tổn thất phi kỹ thuật
2.4.1.1 Tổn thất phi kỹ thuật
Tổn thất kỹ thuật là tổn thất tồn tại do bản chất vật lý của các phần tử trong hệ thống điện, phản ảnh hiệu suất của hệ thống trong quá trình sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng tới nơi tiêu thụ Các thành phần chính của tổn thất kỹ thuật bao gồm:
- Tổn thất trên điện trở của mọi phần tử có dòng điện chạy qua Tổn thất trên điện trở của phần tử tỉ lệ với bình phương của dòng điện chạy qua phần tử đó theo biểu thức P = I 2 R Tuy nhiên cũng cần phải xét đến mối quan hệ giữa nhiệt độ và điện trở của phần tử bởi vì khi dòng điện tăng lên thì nhiệt độ của thiết bị cũng tăng
- Các tổn thất không tải do phần tử mang điện áp Tổn thất không tải xuất hiện trong các phần tử có chứa mạch từ như MBA, động cơ, điện kháng, nam châm điện, các thiết bị bù Dạng tổn thất này thường tỷ lệ xấp xỉ với bình phương của điện áp
15 và bao gồm các thành phần như tổn thất do hiện tượng từ trễ, tổn thất do dòng điện foucault và tổn thất do hỗ cảm giữa các phần tử
- Tổn thất vầng quang Tổn thất vầng quang xuất hiện trên các đường dây truyền tải điện do mất mát năng lượng vào việc ion hóa không khí xung quanh đường dây
2.4.1.2 Tổn thất phi kỹ thuật
Là tổn thất do sự chênh lệch giữa lượng điện năng sử dụng và lượng điện năng được tính tiền Sự chênh lệch này là do sai số của thiết bị đo đếm như công tơ, máy biến dòng, do những phụ tải không được tính tiền hoặc do trộm cắp, gian lận thương mại Tổn thất phi kỹ thuật phản ánh hiệu quả quản lý điện năng từ khâu sản xuất, truyền tải và phân phối tới khách hàng Tổn thất phi kỹ thuật bao gồm các thành phần chính:
- Tổn thất do sai số của thiết bị đo đếm Các thiết bị đo đếm bao gồm các máy biến dòng điện, máy biến điện áp, wattmet, công tơ, các thiết bị hiển thị cơ và số Tổn thất điện năng có thể xuất hiện do sai số cũng như hỏng hóc của các thiết bị này Lượng tổn thất này có thể khá lớn vì số lượng các thiết bị đo đếm được sử dụng trong HTĐ là rất nhiều
- Tổn thất do lỗi trong việc tính toán hóa đơn điện năng tiêu thụ
- Tổn thất thương mại do quản lý (do gian lận, ăn trộm điện của người sử dụng )
Bên cạnh các nguyên nhân gây ra tổn thất, cũng phải xét đến cả các yếu tố ảnh hưởng đến tổn thất Các yếu tố này không trực tiếp gây nên tổn thất nhưng lại ảnh hưởng nhiều đến trị số của tổn thất
2.4.1.3 Các biện pháp giảm thiểu tổn thất trong LĐPP
Khi lưới điện đã được vận hành, do những điều kiện khác nhau về vốn đầu tư khi xây dựng, về lịch sử phát triển và hình thành lưới, quá trình tăng trưởng phụ tải tỉ lệ tổn thất rất khác nhau Ngoài biện pháp cải tạo nâng cấp tiết diện đường dây, MBA, trang thiết bị (mà thường rất bị hạn chế) các biện pháp phụ thêm để giảm tổn
16 thất khi vận hành thường đem lại hiệu quả đáng kể Các biện pháp có thể kể đến như:
- Lắp đặt thiết bị bù và điều khiển thiết bị bù;
- Trang bị các bộ điều áp dưới tải và thiết bị tự động điều áp dưới tải để nâng cao điện áp vận hành;
- Tạo các mạch vòng nhằm cung cấp dạng lưới kín vận hành hở và điều khiển điểm cắt
Biện pháp phổ biến và hiệu quả cao của các thiết bị bù phải kể đến là bù kinh tế, các thiết bị bù được lựa chọn tối ưu theo chỉ tiêu theo hiệu quả kinh tế Khi lắp đặt thiết bị bù vào những vị trí hợp lí, chi phí cho tổn thất điện năng hàng năm giảm được nhiều trong khi vốn đầu tư không lớn Tuy nhiên, LĐPPTA có tổn thất công suất, tổn thất điện năng và tổn thất điện áp rất lớn dẫn đến chất lượng điện năng có thể không đảm bảo trong các khu vực nông thôn và miền núi bởi bán kính cung cấp điện rất lớn Vì vậy, phương pháp bù theo yêu cầu kỹ thuật như giảm tổn thất công suất và tổn thất điện năng hay đảm bảo yêu cầu về độ lệch điện áp cho phép là những giải pháp được quan tâm và tập trung nghiên cứu để cải thiện chất lượng điện năng đồng thời giảm tổn thất của LĐPPTA.
Kết luận chương 2
Chương này đã giới thiệu tổng quan một số vấn đề cơ bản về LĐPPTA, bao gồm định nghĩa, cấu trúc, đặc điểm và vai trò của LĐPPTA Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng điện, vấn đề tổn thất và các phương pháp giảm tổn thất trong LĐPP cũng được tổng hợp và giới thiệu Trong đó, phương pháp giảm tổn thất bằng thiết bị bù là giải pháp có hiệu quả nhất và rất được quan tâm trong HTĐ nói chung và LĐPPTA nói riêng Ảnh hưởng của sự thay đổi của tải tới các thông số của hệ thống cũng được trình bày và phân tích Từ đó, lựa chọn phương pháp tính toán thông số bù cũng như thông số chế độ của LĐPPTA theo xác suất của đồ thị nhằm nâng cao tính chính xác của kết quả tính toán đồng thời đảm bảo giới hạn độ lệch điện áp trong hầu hết các chế độ vận hành của hệ thống
BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
Công suất phản kháng trong hệ thống điện
Trong lưới điện tồn tại hai dạng công suất:
Công suất thực (P) là công suất có ích cho phụ tải
Công suất phản kháng (Q) là công không có ích sinh ra do tính cảm ứng của các loại phụ tải như: động cơ điện, máy biến áp, các bộ biến đổi điện áp, … Công suất phản kháng đóng vai trò tạo ra từ trường, không sinh công và gây ra những ảnh hưởng đến lưới điện như sụt áp, tổn thất công suất trên đường dây Vì vậy, để hạn chế các ảnh hưởng này cần phải có các biện pháp bù công suất phản kháng
Các biện pháp bù công suất phản kháng (hay còn gọi là nâng cao hệ số cosϕ):
Biện pháp tự nhiên: tìm cách giảm bớt lượng công suất phản kháng cần dùng, thay đổi và cải tiến để các thiết bị điện làm việc ở chế độ hợp lý nhất, thay thế các động cơ hay máy biến thế đang làm việc non tải bằng các động cơ hay máy biến áp có dung lượng nhỏ hơn, hạn chế vận hành không tải, …
Biện pháp nhân tạo: đặt các thiết bị bù công suất phản kháng ở các phụ tải tiêu thụ điện gồm có bù tĩnh và bù ứng động.
Lợi ích của việc bù công suất phản kháng
Hầu hết các thiết bị sử dụng điện đều tiêu thụ công suất tác dụng (P) và công suất phản kháng (Q) Việc tiêu thụ công suất phản kháng này sẽ được truyền tải trên lưới điện về phía nguồn cung cấp công suất phản kháng Sự truyền tải công suất này trên đường dây sẽ làm tổn hao một lượng công suất tác dụng và làm cho sụt áp tăng lên, đồng
18 thời cũng làm gia tăng lượng công suất biểu kiến (S), dẫn đến chi phí để xây dựng đường dây cũng tăng theo Do đó bù công suất phản kháng mang lại các lợi ích sau:
Giảm tổn thất công suất trong mạng điện:
Tổn thất công suất trên đường dây được tính theo công thức:
U 2 R (3.1) Khi giảm Q truyền tải trên đường dây, giảm được thành phần tổn thất công suất do Q gây ra
Giảm tổn thất điện áp (sụt áp):
U (3.2) Khi giảm Q truyền tải trên đường dây, giảm được thành phần tổn thất điện áp do
Tăng khả năng truyền tải của đường dây và máy biến áp Điều kiện phát nóng tức dòng điện cho phép của đường dây và máy biến áp ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng truyền tải công suất của chúng, được mô tả bởi công thức sau:
Từ công thức được mô tả ở trên, với cùng một tình trạng phát nóng của đường dây và trạm biến áp (I = const), khi giảm công suất phản kháng thì lượng công suất thực được tăng lên Vì vậy, khi vẫn giữ nguyên đường dây và máy biến áp, nếu lượng Q được giảm đi khả năng truyền tải của chúng sẽ được cải thiện tích cực
Việc bù công suất phản kháng còn góp phần giúp người vận hành giảm được các chi phí trong đầu tư và bảo dưỡng lưới điện.
Lựa chọn phương án vận hành lưới điện phân phối
Như đã phân tích ở trên, lưới phân phối là lưới điện dùng để truyền tải điện năng trực tiếp đến các khách hàng , chính vì thế việc đảm bảo vận hành lưới điện sao cho an
19 toàn, tin cậy và kinh tế là một việc làm hết sức quan trọng Lưới điện phân phối trong khu vực thành thị có mức độ phức tạp cao hơn nhiều so với lưới điện truyền tải nên để gia tăng độ tin cậy cung cấp điện, thông thường chúng được thiết kế mạch vòng nhưng được vận hành với cấu trúc hình tia hay còn gọi là vận hành hở
Hiện nay, ở hầu hết các phát tuyến đường dây 22kV thường được phân đoạn bằng các thiết bị đóng cắt như máy cắt, recloser, dao cắt có tải hay dao cách ly, … Để đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện và tính kinh tế trong vận hành hệ thống, các thiết bị phân đoạn này thường được thay đổi trạng thái trong các điều kiện vận hành khác nhau Việc thay đổi này làm cho cấu trúc lưới điện bị thay đổi dẫn đến trào lưu công suất trong lưới điện cũng thay đổi theo
Do đó, cần phải có các điều kiện ràng buộc để để đảm bảo được các yêu cầu vận hành hệ thống như: tổng tổn thất công suất là nhỏ nhất, Điện áp tại các nút phân phối nằm trong phạm vi cho phép, chi phí vận hành nhỏ nhất…
Sự tiêu thụ và nguồn công suất phản kháng
3.4.1 Sự tiêu thụ công suất phản kháng
Xét sự tiêu thụ năng lượng trong một mạch điện đơn giản có tải là điện trở và điện kháng như sau[4]:
Hình 3.1: Mạch điện đơn giản R-L Mạch điện được cung cấp bởi điện áp u(t) = 𝑈 sin 𝜔𝑡 (3.4)
Dòng điện I lệch pha với điện áp u một góc 𝜑 i(t) = 𝐼 sin(𝜔𝑡 − 𝜑) hay i(t) = 𝐼 (sin 𝜔𝑡 𝑐𝑜𝑠𝜑 − sin 𝜑 𝑐𝑜𝑠𝜔𝑡) (3.5)
𝑖 = 𝐼 𝑠𝑖𝑛𝜑 𝑐𝑜𝑠𝜔𝑡 = 𝐼 𝑠𝑖𝑛𝜑 sin 𝜔𝑡 − dòng điện I là tổng của hai thành phần:
𝑖 có biên độ 𝐼 𝑐𝑜𝑠𝜑 cùng pha với điện áp u
𝑖 có biên độ 𝐼 𝑠𝑖𝑛𝜑 chậm pha so với điện áp u một góc
Công suất tương ứng với hai thành phần 𝑖 và 𝑖 là:
P = U.I.cos𝜑 gọi là công suất tác dụng (3.7)
Q = U.I.sin𝜑 gọi là công suất phản kháng (3.8)
Từ công thức trên ta có thể viết:
Trên lưới điện, CSPK được tiêu thụ ở động cơ không đồng bộ, máy biến áp, kháng điện trên đường dây tải điện và các phần tử, thiết bị có liên quan đến từ trường
Yêu cầu về CSPK chỉ có thể giảm ở mức tối thiểu chứ không thể triệt tiêu được vì cần thiết để tạo ra từ trường, yếu tố trung gian cần thiết cho quá trình chuyển hóa điện năng
3.4.2 Nguồn phát công suất phản kháng
Khả năng phát CSPK của các nhà máy điện là rất hạn chế, do cos𝜑 của nhà máy từ 0,8 – 0,9 hoặc cao hơn nữa Vì lý do kinh tế nên người ta không chế tạo các máy phát có khả năng phát nhiều CSPK cho phụ tải Các máy phát chỉ đảm đương phần nào nhu cầu CSPK, còn lại do các thiết bị bù đảm trách (Máy bù đồng bộ, tụ điện)
Ngoài ra, trong hệ thống điện nói chung phải để đến nguồn phát CSPK nữa đó là các đường dây tải điện siêu cao áp Tuy nhiên ở đây ta chỉ xét đến lưới điện phân phối nên ta lưu ý đến cấp điện áp 35kV, 22kV và các đường cáp ngầm Nguồn phát công suất phản kháng trong lưới điện phân phối là tụ điện, động cơ và máy bù
Máy bù đồng bộ là loại máy điện đồng bộ chạy không tải dùng để phát hoặc tiêu thụ CSPK Máy bù đồng bộ là phương pháp cổ truyền để điều chỉnh liên tục CSPK Các máy bù đồng bộ thường được dùng trong hệ thống truyền tải, chẳng hạn ở đầu vào các đường dây tải điện tải dài, trong các trạm biến áp quan trọng và trong các trạm biến đổi dòng đện một chiều cao áp
Nếu ta tăng dòng điện kích từ ikt lên (quá kích thích, dòng điện của máy bù đồng bộ sẽ vượt trước điện áp trên cực của nó một góc 90 0 ) thì máy phát ra CSPK Q b phát lên mạng điện Ngược lại, nếu ta giảm dòng kích từ ikt (kích thích non, E < U, dòng điện chậm sau điện áp 90 0 ) thì máy bù sẽ biến thành phụ tải tiêu thụ CSPK Vậy máy bù đồng bộ có thể tiêu thụ hoặc phát ra CSPK.
Bù kinh tế công suất phản kháng lưới điện phân phối
Bài toán được phân ra là tính toán dung lượng bù và lựa chọn vị trí lắp đặt hợp lý để nhận được hiệu quả kinh tế tối đa đối với hệ thống phân phối Vấn đề cần được giải quyết là phải làm sao cho số tiền tiết kiệm được từ việc đặt tụ bù lớn hơn số tiền chi phí vào việc lắp đặt tụ bù
Trong tình hình hiện nay, khi mà lưới phân điện phối tại các tỉnh, thành phố đã và đang được nâng cấp cải tạo theo tiêu chuẩn 22kV, kết cấu lưới đang dần được hợp lý hóa để nâng cao khả năng cung cấp điện, các thiết bị đóng cắt, bảo vệ được trang bị những thiết bị có công nghệ tiên tiến thì vấn đề được quan tâm hàng đầu tại các Công ty Điện Lực là làm sao lựa chọn một phương thức vận hành hợp lý để đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật đã đề ra.
Bù công suất phản kháng trên lưới điện phân phối
3.6.1 Điều chỉnh hệ số công suất
Nguyên tắc của điều chỉnh hệ số công suất là bù công suất phản kháng, tức là cung cấp tại chỗ cho phụ tải một lượng công suất phản kháng bằng cách đấu song song với tải một thiết bị bù có tổng dẫn phản kháng đơn thuần
Thiết bị điều chỉnh hệ số công suất thực chất là một thiết bị cung cấp một công suất phản kháng tương ứng và đối nghịch lại với công suất phản kháng được tạo ra của thiết bị Thêm tụ điện hay cuộn dây vào quá trình để huỷ bỏ đi hiệu ứng cảm ứng hay
22 điện dung tương ứng được tạo ra Động cơ có tính cảm ứng có thể được bù bằng các tụ lọc, lò hồ quang điện có tính điện dung có thể bù bằng các cuộn dây
Khi thêm vào hay lấy ra các thiết bị bù công suất phản kháng có thể tạo ra sự biến động điện áp hay tạo ra các méo hài, trong trường hợp xấu nhất các thành phần bù công suất phản kháng có thể tạo ra hiện tượng cộng hưởng với hệ thống được bù, làm cho điện áp tăng cao và gây mất ổn định cho hệ thống Do vậy việc điều chỉnh hệ số PFC không thể đơn giản là việc thêm hay bớt các thành phần, mà nó cần được tính toán kỹ phù hợp với từng mức công suất tải trên thiết bị Để tránh trường hợp trên, ứng dụng việc điều chỉnh hệ số công suất PFC bằng các thiết bị bù tự động Thiết bị này bao gồm nhiều tụ điện được đóng hay ngắt ra khỏi thiết bị được bù công suất phản kháng bằng các công tắt Các công tắt này lại được điều khiển bằng một thiết bị điều khiển trung tâm có khả năng đo hệ số công suất bằng việc đo dòng tải và điện áp của thiết bị qua các cảm biến dòng được gắn trên đường truyền dẫn điện năng, trước khi vào thiết bị Tuỳ thuộc vào tải và hệ số công suất của thiết bị, bộ điều khiển sẽ đấu nối tuần tự các tụ bù vào mạch sao cho giá trị hệ số công suất luôn ở trên giá trị được chọn
Một cách khác để điều chỉnh hệ số công suất là dùng động cơ đồng bộ, động cơ đồng bộ cung cấp một công suất phản kháng có chiều nghịch với chiều công suất phản kháng của thiết bị, tính chất tiêu thụ công suất phản kháng của động cơ đồng bộ được xem là một tính chất đặt biệt của loại động cơ này, nó được xem tương đương như một tụ đồng bộ Ngoài ra trong ngành công nghiệp điện còn có nhiều phương pháp để điều chỉnh hệ số công suất khác như bằng các thiết bị điện tử sử dụng Thyristor…
3.6.2 Một số phương pháp bù công suất phản kháng trên lưới điện phân phối 3.6.2.1 Bù cố định (Bù tĩnh)
Tụ điện tĩnh là một đơn vị hoặc một dãy đơn vị tụ nối với nhau và nối song song với phụ tải theo sơ đồ hình sao hoặc tam giác, với mục đích sản xuất ra CSPK cung cấp trực tiếp cho phụ tải, điều này làm giảm CSPK phải truyền tải trên đường dây Tụ bù tĩnh cũng thường được chế tạo không đổi (nhằm giảm giá thành) Khi cần điều chỉnh điện áp có thể dùng tụ điện bù tĩnh đống cắt được theo cấp, đó là biện pháp kinh tế nhất cho việc sản xuất ra CSPK
Tụ điện tĩnh cũng như máy bù đồng bộ làm việc ở chế độ quá kích CSPK trực tiếp cấp cho hộ tiêu thụ, giảm được lượng CSPK truyền tải trong mạng, do đó giảm được tổn thất điện áp
CSPK do tụ điện phát ra được tính theo biểu thức sau:
U là điện áp có đơn vị là kV
𝑓 là tần số có đơn vị là Hz
C là điện dung có đơn vị là Fara
Khi sử dụng tụ điện cần chú ý phải đảm bảo an toàn vận hành, cụ thể khi cắt tụ ra khỏi lưới phát điện phải có điện trở phóng điện để dập điện áp
Các tụ điện bù tĩnh được dùng rộng rãi để điều chỉnh hệ số công suất trong các hệ thống phân phối điện như: hệ thống phân phối điện công nghiệp, thành phố, khu đông dân cư và nông thôn Một số các tụ bù tĩnh cũng được đặt ở các trạm truyền tải
Tụ điện là loại thiết bị điện tĩnh, làm việc với dòng điện vượt trước điện áp Do đó có thể sinh ra công suất phản kháng Q cung cấp cho mạng
Tụ điện tĩnh có những ưu điểm sau:
- Tổn thất công suất tác dụng bé, khoảng (0,003-0,005) kW/kVAr
- Không có phần quay nên lắp ráp bảo quản dễ dàng
- Tụ điện tĩnh được chế tạo thành từng đơn vị nhỏ, vì thế có thể tùy theo sự phát triển của phụ tải trong quá trình sản xuất mà điều chỉnh dung lượng cho phù hợp
Tụ điện tĩnh cũng có một số nhược điểm sau:
- Nhược điểm chủ yếu của chúng là cung cấp được ít CSPK khi có rối loạn hoặc thiếu diện, bởi vì dung lượng của công suất phản kháng tỷ lệ bình phương với điện áp:
- Bù bằng tụ điện sẽ khó khăn trong việc tự động điều chỉnh dung lượng bù một cách liên tục Khi có sự dao động ở phụ tải, khả năng cao xuất hiện tình trạng bù thừa Việc này khá nguy hiểm đối với hệ thống sử dụng máy phát, do đó phương pháp bù này áp dụng đối với những tải ít thay đổi
3.6.2.2 Bù ứng động (Bù mềm)
Các thiết bị giới thiệu ở trên không có tự động điều chỉnh, hoặc có điều chỉnh nhưng rất chậm ( như máy bù đồng bộ) hoặc điều chỉnh từng nấc Sự phát triển vượt bậc trong lĩnh vực điều khiển tự động, đặc biệt là kỹ thuật điện tử công suất với các thiết bị điện tử Thyristor công suất lớn đã cho phép thực hiện các thiết bị bù điều chỉnh nhanh (thường khụng quỏ ẳ chu kỡ tần số cụng nghiệp) Hiện nay cỏc thiết bị bự cú điều khiển được xác nhận là rất tốt không những trong lưới công nghiệp mà cả trên hệ thống điện truyền tải và phân phối
SVC (Static Var Compenstator) là thiết bị bù ngang dùng để tiêu thụ CSPK có thể điều chỉnh bằng cách tăng hoặc giảm góc mở của thyristor, nó được tổng hợp từ hai thành phần cơ bản:
Thành phần cảm kháng để tác động về mặt công suất phản kháng (có thể phát hay tiêu thụ công suất phản kháng tùy theo chế độ vận hành)
Thành phần điều khiển bao gồm các thiết bị điện tử như Thyristor, các cửa đóng mở GTO (Gate Turn Off)
SVC được cấu tạo từ ba phần tử chính gồm:
Kháng điều chỉnh bằng thyristor – TCR (Thyristor Controlled Reactor): có chức năng điều chỉnh liên tục CSPK tiêu thụ
Kháng đóng mở bằng thyristor – TCR (Thyristor Switched Reactor): có chức năng tiêu thụ CSPK, đóng cắt nhanh bằng Thyristor
Bộ tụ đóng mở bằng thyristor – TSC (Thyristor Switched Capaxitor): có chắc năng phát CSPK, đóng cắt nhanh bằng Thyristor
Giới thiệu bài toán tối ưu công suất phản kháng trong hệ thống điện
Hiện nay kinh tế phát triển và nhu cầu sử dụng điện ngày càng cao, vì thế lưới điện phân phối đang phải giải quyết nhiều vấn đế trong quản lý và vận hành nhằm luôn đảm bảo về chất lượng điện và độ tin cậy Vấn đề đó là tổn thất điện năng tăng, điện áp lưới điều tiết kém, hệ số công suất thấp, mất cân bằng phụ tải, mức độ ngắn mạch cao, chất lượng điện kém nhất và nguồn cung cấp thấp Ngoài ra tỷ lệ cao giữa điện trở với trở kháng cùng với sự sụt giảm điện áp lớn trong các mạng phân phối hình tia dẫn đến nhiều tổn thất hơn trong các mạng lưới điện phân phối
Vì vậy thực hiện điều độ tối ưu hóa công suất phản kháng (ORPD - Optimal Reactive Power Dispatch) cũng là một giải pháp có ý nghĩa quan trọng, đã được áp dụng vào trong vận hành và quy hoạch hệ thống điện, do những ưu điểm mà ORPD mang lại góp phần không nhỏ trong việc đảm bảo các điều kiện trong vận hành hệ thống điện, bao gồm điện năng được cung cấp liên tục, điện áp và tần số ở trong giới hạn cho phép,
26 đáp ứng được đồ thị phụ tải một cách nhanh chóng và linh hoạt, đảm bảo tính kinh tế cao, giảm chi phí nhiên liệu và giảm tổn thất điện năng
Giải quyết vấn đề ORPD là xác định những biến số điều khiển như độ lớn điện áp máy phát, giá trị đóng ngắt bộ tụ bù (CB) và nấc điều chỉnh máy biến áp để hàm mục tiêu của bài toán đạt cực tiểu trong khi thỏa điều kiện ràng buộc của hệ thống Vì mục tiêu chính của ORPD là nâng cao ổn định điện áp, cải thiện biến dạng điện áp và giảm tổn thất công suất truyền tải trên hệ thống điện mà vẫn thỏa mãn tất cả các ràng buộc vận hành cho phép
Những lợi ích của ORPD bao gồm việc sử dụng triệt để nguồn công suất phản kháng do đó giảm lượng công suất phản kháng phải truyền tải, giảm tổn thất công suất tác dụng và giảm tải cho các thiết bị, hệ thống Vì vậy, hệ số công suất của các máy phát được nâng cao và an ninh của hệ thống được cải thiện; giảm độ dốc điện áp và quá điện áp; trì hoãn đầu tư vốn cho các nguồn công suất phản kháng mới vì đã khai thác triệt để các thiết bị sẵn có.
Hàm mục tiêu
Như đã phân tích trong chương 2, LĐPP có tổn thất công suất, tổn thất điện năng và tổn thất điện áp lớn nên phương pháp bù nhằm giảm tổn thất công suất và tổn thất điện năng rất được các công ty điện lực quan tâm nhằm đảm bảo được chỉ tiêu tổn thất cũng như các điều kiện vận hành khác của LĐPP
Vì vậy, nghiên cứu này sử dụng phương pháp bù với hàm mục tiêu cực tiểu chi phí vận hành LĐPP đồng thời xét đến các ràng buộc đảm bảo chất lượng điện, khả năng vận hành của hệ thống và xét đến sự thay đổi của phụ tải nhằm nâng cao tính chính xác của kết quả tính toán, đáp ứng được yêu cầu thực tiễn
3.8.1 Hàm cực tiểu chi phí vận hành
Hàm mục tiêu đặt tụ bù tối ưu để cực tiểu chi phí vận hành của hệ thống được biểu diễn theo công thức (3.13) bên dưới [5]
Trong đó, Ploss,i là tổn thất công suất tác dụng tại mỗi phụ tải mức thứ i; KP là chi phí năng lượng trên mỗi kWh; Ti là thời lượng của tải mức i; KC là chi phí mua tụ bù của mỗi kWh; QC,j là dung lượng của tụ đặt tại nút thứ j; Kci là chi phí lắp đặt; Ko là chi phí vận hành; L là số mức phụ tải; CB là số vị trí của tụ
3.8.2 Các điều kiện ràng buộc
Giới hạn điện áp tại các nút:
Vi,min ≤ Vi ≤ Vi,max ; i = 1,…, Nb (3.14) Ràng buộc dòng công suất thực cực đại: max k k PF
PF (3.15) Giới hạn bù công suất kháng:
Q C min , j C , j C max , j ; 2, , (3.16) Giới hạn bù công suất kháng tổng:
, (3.17) Giới hạn hệ số công suất tổng thể: max min PF PF
Trong đó, Pslack và Qslack lần lượt là công suất tác dụng và công suất phản kháng tại nút chuẩn; PD,i và QD,i lần lượt là công suất tác dụng và công suất phản kháng của tải yêu cầu tại nút thứ i; PL,j và QL,j là tổn thất công suất tác dụng và phản kháng tại nhánh thứ j; Vi là diện áp tại nút thứ i; Vi,min và Vi,max là mức điện áp nhỏ nhất và lớn nhất tại nút thứ i, lần lượt; PFk và PF k max là dòng công suất và giới hạn cực đại của dòng công suất trên đường dây thứ k; QC,j và QD,j lần lượt là lượng công suất phản kháng bơm vào và tổng công suất kháng yêu cầu tại nút thứ j; PFoverall là hệ số công suất tổng quát; PFmin và PFmax là giới hạn hệ số công suất hệ thống nhỏ nhất và lớn nhất tại nút chuẩn (slack bus)
Kết luận chương 3
Nội dung chương này đã giới thiệu và đánh giá các phương thức bù trong LĐPP từ đó có thể đưa ra lựa chọn phương thức bù cố định trong LĐPP và bù có điều chỉnh cho hệ thống quản lý vận hành nhằm mục tiêu giảm chi phí đầu tư thiết bị bù đồng thời đáp ứng được yêu cầu của hệ thống
Tương tự, mô hình toán học cực tiểu chi phí vận hành cùng với các điều kiện ràng buộc nhằm xác định dung lượng bù và vị trí tối ưu đặt tụ bù cũng được đưa ra, đây là một trong số các mô hình toán được sử dụng hiệu quả nhằm mục tiêu giải quyết các vấn đề về vận hành lưới điện đảm bảo các yêu cầu đặt ra
TÍNH TOÁN TỐI ƯU CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG CHO LƯỚI ĐIỆN THỰC TẾ
Tính toán mô phỏng cho lưới điện trung thế 22kV thực tế thuộc tỉnh Bình Thuận
Công ty điện lực Bình Thuận đang quản lí vận hành lưới điện trung thế cấp điện áp 22kV đã được xây dựng phủ kín toàn tỉnh Bình Thuận Lưới điện này đang được phân công quản lí vận hành bởi 5 điện lực: Phan Thiết, Hàm Thuận Bắc, Hàm Tân, Đức Linh, Tuy Phong trực thuộc công ty Điện lực Bình Thuận Để vận hành lưới điện linh hoạt, đảm bảo cung cấp điện cho khách hàng tốt nhất, Công ty điện lực Bình Thuận đã áp dụng nhiều tiêu chuẩn cũng như quy định hiện hành để xây dựng hệ thống lưới điện trung thế có thể truyền tải, kết nối với nhau tạo nên hệ thống lưới điện mạch vòng liên kết theo tiêu chí n-1
Do đặc điểm kinh tế riêng biệt ở tỉnh Bình Thuận, vào các tháng từ tháng 9 đến tháng 4 hàng năm đó là vào mùa chong đèn Thanh Long trên địa bàn tỉnh Bình Thuận, thời điểm này phụ tải tăng lên rất cao đặc biệt là từ lúc 22h00 đến 05h00 ngày hôm sau Hiện nay, việc cung cấp điện vào thời gian này rất khó khăn, phức tạp do tốc độ tăng trưởng của loại phụ tải này hàng năm tăng rất cao, tốc độ nhanh Phụ tải thanh long tập trung nhiều ở khu vực Phan Thiết, Hàm Thuận Bắc, Hàm Kiệm, Hàm Thuận Nam và cũng đang phát triển rất nhanh ở huyện Hàm Tân Do mật độ phụ tải tập trung cao ở các khu vực này khiến dẫn đến việc quá tải cục bộ trên hệ thống điện chẳng những ở các trạm 110kV mà cả các phát tuyến trung thế 22kV cung cấp điện cho các khu vực này
4.2 Tính toán mô phỏng cho lưới điện trung thế 22kV thực tế thuộc tỉnh Bình Thuận
Qua khảo sát và tham khảo số liệu thực tế từ Công ty Điện lực Bình Thuận, cùng với đặc điểm phụ tải hệ thống ở đây luôn đạt cực đại trong khoảng thời gian từ lúc 22h00 đến 05h00 ngày hôm sau, học viên sẽ chọn tuyến dây 22 kV 471 Hàm Kiệm thuộc trạm
110 kV Hàm Kiệm để áp dụng tính toán tối ưu công suất phản kháng với hàm mục tiêu vẫn là cực tiểu hóa chi phí vận hành hệ thống Dữ liệu về phụ tải của phát tuyến 471 Hàm Kiệm được lấy từ phần mềm Hệ thống quản lý đo đếm từ xa MDAS của Tổng công ty Điện lực Miền Nam
Trước khi bắt đầu thực hiện tính toán tối ưu công suất phản kháng, việc xem xét những mục tiêu mà một bài toán tối ưu phải thực hiện là điều vô cùng cần thiết Mục tiêu chính yếu là tối thiểu các chi phí nhằm đáp ứng nhu cầu tải của một hệ thống công suất trong khi vẫn đáp ứng nhiều điều kiện an ninh khác của hệ thống điện Các chi phí liên quan đến hệ thống công suất có thể tùy thuộc vào mỗi tình huống riêng, nhưng nói chung chúng sẽ được tính vào trong chi phí vận hành phát điện Từ quan điểm này, công việc để đạt được các điều kiện an ninh của hệ thống đòi hỏi ta phải luôn luôn giữ mỗi một thiết bị trong phạm vi hoạt động mong muốn ở trạng thái ổn định
Phát tuyến 471 Hàm Kiệm hiện thuộc quyền quản lý của Điện lực Phan Thiết, Công ty Điện lực Bình Thuận Tổng chiều dài toàn bộ 23km, đang cấp điện cho 46 TBA phân phối 22/0,4 kV Dây dẫn được sử dụng trên lưới là dây nhôm lõi thép với cấp dây đường trụ là AC-95, đường nhánh là AC-75 và AC-50, các thông số đường dây được sử dụng để tính toán được cho trong phụ lục 2 Trên lưới điện hiện chưa đấu nối tụ bù trung thế tuy nhiên tại các vị trí phía hạ áp các TBA phân phối đều được bù CSPK để đảm bảo cosφ ≥ 0,9
Hình 4.1 Sơ đồ lưới điện 471 Hàm Kiệm
Phụ tải điện là một hàm biến đổi theo thời gian, vì có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến nó nên phụ tải điện không biến thiên theo một quy luật nhất định Do đó việc xác định chính xác phụ tải điện là rất khó khăn nhưng đồng thời là một việc hết sức quan trọng
Sự thay đổi của phụ tải theo thời gian có thể được ghi lại bằng các dụng cụ đo lường có cơ cấu tự ghi hoặc do nhân viên vận hành ghi Thông thường để cho việc tính toán được thuận tiện, đồ thị phụ tải được vẽ lại theo hình bậc thang Chiều cao của các bậc thang được lấy theo giá trị trung bình của phụ tải trong khoảng thời gian được xét, tức là có thể lấy theo chỉ số của công tơ lấy trong những khoảng thời gian được xác định giống nhau Khi vận hành nếu biết đồ thị phụ tải thì có thể xác định được phương thức vận hành các thiết bị điện sao cho hợp lý nhất, kinh tế nhất Vì vậy đồ thị phụ tải là số liệu quan trọng trong việc thiết kế cũng như vận hành hệ thống điện
Nghiên cứu đồ thị phụ tải một ngày đêm ta có thể biết được tình trạng làm việc của các thiết bị, từ đó có thể sắp xếp được qui trình vận hành hợp lý nhất Như vậy sẽ đạt được mục đích vận hành kinh tế, giảm được tổn thất trong mạng điện Đồ thị phụ tải hàng ngày là căn cứ để chọn các thiết bị điện, tính điện năng tiêu thụ Do đó, trong luận văn này, học viên sẽ chọn một ngày điển hình để xây dựng phụ tải tính toán
Công suất trung bình của phụ tải điện trong khoảng thời gian T được xác định như sau [4]:
Với dữ liệu thu thập từ chương trình MDAS thì thông số phụ tải vận hành trong ngày đêm của một trạm biến áp phân phối cấp điện áp 22/0,4 kV được ghi nhận thành
48 chu kỳ cho trong bảng sau:
Bảng 4.1 Thông số công suất tác dụng và công suất phản kháng 24 chu kỳ đầu trong ngày của TBA Huỳnh Thị The
Chu kỳ P (kW) Q (kVAr) Chu kỳ P (kW) Q (kVAr)
Bảng 4.2 Thông số công suất tác dụng và công suất phản kháng 24 chu kỳ tiếp theo trong ngày của TBA Huỳnh Thị The Chu kỳ P (kW) Q (kVAr) Chu kỳ P (kW) Q (kVAr)
Từ công thức (4.1) và (4.2), cùng với đặc tính phụ tải của phát tuyến 471 Hàm
Kiệm thì phụ tải trung bình tính toán được xác định để thực hiện mô phỏng đó là tại các khoảng thời gian phụ tải vận hành cực đại, cực tiểu Phụ lục 1 là kết quả của quá trình thực hiện tính toán xác định phụ tải tính toán
Hình 4.2 Đồ thị phụ tải của tuyến 471 Hàm Kiệm Điện áp vận hành:
Thông thường, các đường dây kín vận hành hở luôn xuất hiện sự chênh lệch điện áp ở phía nguồn và phía tải tiêu thụ điện Nguyên nhân gây ra độ chênh lệch này đến từ tổn thất trong lưới điện cùng với sự biến đổi theo thời gian của phụ tải điện
Khi điện áp quá cao làm tăng dòng điện trong thiết bị dùng điện, tăng độ phát nóng, làm già hóa cách điện, dẫn đến làm giảm tuổi thọ của thiết bị dùng điện và cả thiết bị của lưới điện
Còn khi điện áp quá thấp làm cho các thiết bị dùng điện bị giảm công suất Điện áp thấp cũng gây ra phát nóng phụ cho các thiết bị dùng điện quay, làm giảm tuổi thọ và hiệu suất công tác, làm hỏng sản phẩm,… nếu thấp quá nhiều thiết bị dùng điện không làm việc được Ở Việt Nam, theo Thông tư 30/2019/TT-BCT, thì độ lệch điện áp được quy định: trong trường hợp bình thường không được vượt quá +5% đến -10% và trong trường hợp sự cố độ lệch điện áp nằm trong phạm vi ±10% so với điện áp định mức
