sử dụng thiết bị tự động cách ly phân tử sự cố trong lưới điện phân phối nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp điện và áp dụng cho điện lưới thành phố thái nguyên

1 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN * Tạ Quang Thắng SỬ DỤNG THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG CÁCH LY PHẦN TỬ SỰ CỐ TRONG LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI NHẰM NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN VÀ ÁP DỤNG CHO LƢỚI ĐIỆN THÀNH PHỐ THÁI NGUYÊN LUẬN VĂN THẠC SĨ: THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN Thái Nguyên, năm 2010 2 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN * Tạ Quang Thắng SỬ DỤNG THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG CÁCH LY PHẦN TỬ SỰ CỐ TRONG LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI NHẰM NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN VÀ ÁP DỤNG CHO LƢỚI ĐIỆN THÀNH PHỐ THÁI NGUYÊN Chuyên ngành: Thiế t bị mạ ng và nhà má y điệ n LUẬN VĂN THẠC SĨ: THIẾ T BỊ MẠ NG VÀ NHÀ MÁ Y ĐIỆ N NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS - TS Đặng Quốc Thống Thái Nguyên, năm 2010 3 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỤC LỤC MỤC LỤC 1 LỜI CAM ĐOAN 5 LỜI CÁM ƠN 6 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 7 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 9 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU 10 PHẦN MỞ ĐẦU 11 1. Lý do lựa chọn đề tài: 11 2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: 12 3. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài: 12 CHƢƠNG 1: NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ TỰ ĐỘNG HOÁ LƢỚI PHÂN PHỐI 13 1.1. Tổng quan về tự động hoá lưới phân phối: 13 1.2 Nhiệm vụ của tự động hoá lưới phân phối: 14 1.2.1 Nâng cao chất lượng điện năng (U,f): 14 1.2.2 Nâng cao độ tin cậy cung cấp điện: 17 1.2.3 Nâng cao chỉ tiêu kinh tế trong vận hành lưới điện: 19 1.3 Đặt vấn đề nghiên cứu: 20 CHƢƠNG 2: SỬ DỤNG THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG ĐỂ PHÁT HIỆN VÀ CÁCH LY PHẦN TỬ SỰ CỐ 22 2.1 Phát hiện sự cố chạm đất trong lưới điện trung áp có dòng chạm đất bé: 22 2.1.1 Bảo vệ quá dòng điện thứ tự không: 23 2.1.2 Bảo vệ quá dòng điện thứ tự không có hướng: 24 2.1.3 Bảo vệ chống chạm đất chập chờn: 26 2.1.4 Bảo vệ chống chạm đất có hướng phản ứng theo hài bậc cao: 27 2.2 Phát hiện và cách ly phần tử hư hỏng trong lưới điện phân nhánh: 27 2.2.1 Phát hiện và cách ly phần tử hư hỏng theo phương pháp thủ công: 27 2.2.2 Sử dụng dao cách ly tự động: 29 2.2.3 Sử dụng máy cắt tự đóng lại (Recloser): 30 2.3 DAS - Phương tiện hữu hiệu để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện lưới phân phối: 30 CHƢƠNG 3: CÁC GIAI ĐOẠN PHÁT TRIỂN CỦA DAS 32 3.1 Giai đoạn 1: 33 3.1.1 Hệ thống tự động phân phối cho các đường dây trên không: 33 3.1.2 Hệ thống tự động phân phối cho các đường cáp ngầm: 41 3.2 Giai đoạn 2: 42 3.2.1 Cấu trúc: 42 3.2.2 Chức năng: 43 3.3 So sánh các phương pháp tự động hoá lưới phân phối: 46 3.3.1 So sánh DAS và Recloser (phương pháp tự động hoá lưới phân phối đường dây trên không): 46 4 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 3.3.2 So sánh các phương pháp tự động hoá lưới phân phối ngầm (mạch vòng đơn, nhiều mạch vòng, mạch dự phòng): 46 3.3.3 So sánh các thiết bị đóng cắt mạch điện: 47 a) So sánh các thiết bị đóng, cắt của đường dây phân phối trên không (ĐDK): 47 b) So sánh các thiết bị đóng cắt dành cho đường cáp ngầm: 48 3.3.4 So sánh các hệ thống thông tin để kết nối giữa TCR và RTU, giữa TCM và TCR: 50 3.4 Phương hướng phát triển của DAS trong tương lai: 52 CHƢƠNG 4: MÔ HÌNH PHÂN ĐOẠN LƢỚI ĐIỆN TRUNG ÁP VÀ TÍNH TOÁN KỲ VỌNG THIẾU HỤT ĐIỆN NĂNG 53 4.1 Mô hình I - đường dây một nguồn, không phân đoạn: 53 4.2 Mô hình II - đường dây một nguồn, phân đoạn bằng dao cách ly (M phân đoạn): 55 4.3 Mô hình III: Đường dây hai nguồn, phân đoạn bằng dao cách ly (M phân đoạn): 56 4.4 Mô hình IV - đường dây một nguồn, phân đoạn bằng DAS (M phân đoạn): 57 4.5 Mô hình V - đường dây hai nguồn, phân đoạn bằng DAS (M phân đoạn): 58 CHƢƠNG 5: ÁP DỤNG DAS VÀO LƢỚI PHÂN PHỐI THÁI NGUYÊN 59 5.1 Hiện trạng lưới điện Thái Nguyên: 59 5.1.1 Tổng quan về lưới điện Thái Nguyên: 59 5.1.2. Lưới điện: 60 5.1.2.1. Lưới 220kV 60 5.1.2.2. Lưới 110kV. 60 5.1.2.3 Lưới phân phối Thái Nguyên: 75 5.1.3 Các thiết bị đóng cắt trên lưới: 84 a) Máy cắt: 84 b) Recloser: 85 c) Cầu dao phụ tải: 86 d) Dao cách ly: 86 e) Cầu chì tự rơi: 86 5.1.4 Hiện trạng bảo vệ rơle: 86 5.1.5 Các thiết bị tự động hoá trên lưới: 88 5.1.6 Các vấn đề cần giải quyết để tự động hoá lưới Thái Nguyên: 88 5.2 Áp dụng DAS vào lưới phân phối Thái Nguyên: 89 5.2.1 Hiệu quả khi áp dụng DAS: 89 5.2.2 Đề xuất giải pháp DAS cho ĐZ trung thế thuộc lưới phân phối Thái Nguyên:91 5.3 Nhận xét: 96 PHẦN KẾT LUẬN 97 1. Ưu - nhược điểm của DAS: 97 2. Hướng mở rộng của đề tài: 98 3. Kết luận và kiến nghị: 100 TÀI LIỆU THAM KHẢO 101 5 S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn LI CAM OAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Tất cả các số liệu và kết quả trong luận văn là trung thực và ch-a từng đ-ợc công bố trong bất kỳ công trình nào khác. 6 S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn LI CM N Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành, lòng biết ơn sâu sắc đến:PGS -TS Đặng Quốc Thống ng-ời h-ớng dẫn và chỉ dạy tận tâm cho tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Tôi học đ-ợc từ thầy không chỉ những kiến thức khoa học quý báu, ph-ơng pháp nghiên cứu một vấn đề khó, mà quan trọng nhất, đó là một cách sống mẫu mực. 7 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DAS: (Distribution Automation System) – Hệ thống phân phối tự động. SCADA: (Supervisory Control And Data Acquisition) - Hệ thống giám sát điều khiển và thu thập dữ liệu vận hành. EMS: (Energy Management System) - Hệ thống điều khiển các quá trình năng lượng. SVC: (Static Var Compensator) – Máy bù tĩnh. SAS (Substation automation system) - Hệ thống tự động trạm. TĐL: Thiết bị tự động đóng lại . TĐD: Thiết bị tự động đóng dự phòng. MC: Máy cắt. BU: Biến điện áp. BI: Biến dòng điện. BTU: Biến áp tổng hợp. U: Độ lệch điện áp. P: Tổn thất công suất. A: Tổn thất điện năng. V: Độ dao động điện áp. TĐL: Thiết bị tự động đóng lại. TĐD: Thiết bị tự động đóng dự phòng. DCLTĐ: Dao cách ly tự động. DNM: dao ngắn mạch. Recloser: Máy cắt đóng lặp lại. CB (Circuit Breaker): Máy cắt. SW (Switch): Cầu dao. FDR (Fault Detecting Relay) - Rơle phát hiện sự cố. SPS (Switch Power Supply) - Cầu dao nguồn cấp. PVS (Pole-mounted Vacuum Switch) - Cầu dao tự động lắp trên cột. RTU (Remote Terminal Unit) - Thiết bị đầu cuối. 8 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn FSI (Fault Section Indicator) - Bộ chỉ thị phân đoạn sự cố CRT: Màn hình điện tử. TCR (Telecontrol Remote Unit): Thiết bị nhận tín hiệu điều khiển từ xa. TCM (Telecontrol Master Unit): Máy chủ điều khiển từ xa. CD (Control Desk): Bàn điều khiển. HTĐ: Hệ thống điện. 9 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 2.1: Sự cố chạm đất một pha trong lưới có dòng chạm đất bé. 23 Hình 2.2: Sơ đồ xác định góc lệch pha  0 . 25 Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý sử dụng chung bộ xác định hướng công suất thứ tự không cho các xuất tuyến của một trạm. 26 Hình 2.4: Sơ đồ nguyên lý bảo vệ chống chạm đất chập chờn. 27 Hình 2.5: Sơ đồ sử dụng TĐL để loại trừ sự cố. 30 Hình 2.6: Sơ đồ sử dụng Recloser để loại trừ sự cố. 30 Hình 3.1: Cấu hình của DAS 32 Hình 3.2: Cấu trúc giai đoạn 1 của DAS. 33 Hình 3.3 Lắp đặt SPS cho lưới hình tia 35 Hình 3.4 Lắp đặt SPS cho lưới mạch vòng 36 Hình 3.5: Nguyên lý hoạt động ở lưới hình tia 39 Hình 3.6: Nguyên lý hoạt động ở lưới có nguồn cả 2 phía. 40 Hình 3.7: DAS áp dụng cho hệ thống cáp ngầm. 41 Hình 3.8: Cấu trúc giai đoạn 2 của DAS. 42 Hình 3.9: Quá trình phục hồi sau sự cố. 45 Hình 4.1: Đường dây một nguồn, không phân đoạn. 53 Hình 4.2: Đường dây một nguồn, phân đoạn bằng dao cách ly. 55 Hình 4.3: Đường dây hai nguồn, phân đoạn bằng dao cách ly. 56 Hình 4.4: Đường dây một nguồn, phân đoạn bằng DAS. 57 Hình 4.5: Đường dây hai nguồn, phân đoạn bằng DAS. 58 Hình 5.1 Sơ đồ 1 sợi trạm 220kV Thái Nguyên E6.2 66 Hình 5.2 Sơ đồ 1 sợi trạm 110kV Gò Đầm E6.3 67 Hình 5.3 Sơ đồ 1 sợi trạm 110kV Đán E6.4 68 Hình 5.4 Sơ đồ 1 sợi trạm 110kV Lưu Xá E6.5 69 Hình 5.6 Sơ đồ 1 sợi trạm 110kV Phú Lương E6.6 70 Hình 5.7 Sơ đồ 1 sợi trạm 110kV Sông Công E6.7 71 Hình 5.8 Sơ đồ 1 sợi trạm 110kV Quang Sơn E6.8 72 Hình 5.9 Sơ đồ 1 sợi trạm 110kV Gang Thép E6.1 73 Hình 5.10 Sơ đồ 1 sợi các tuyến đường dây 110kV 74 Hình 5.11 Sơ đồ 1 đường dây 377 E6.2 93 10 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 3.1: Các thông số chính của cầu dao PVS. 34 Bảng 3.2: Các thông số chính của FDR. 35 Bảng 3.3: Thời gian tự động đóng lại. 36 Bảng 3.4: So sánh các thiết bị đóng cắt của ĐDK. 47 Bảng 3.5: So sánh các thiết bị đóng cắt dành cho đường cáp ngầm. 48 Bảng 3.6: So sánh hệ thống thông tin hữu tuyến và vô tuyến. 50 Bảng 3.7: So sánh tính năng các phương pháp thông tin cáp quang. 51 Bảng 5.1 Các trạm 220-110kV hiện có của tỉnh Thái Nguyên. 61 Bảng 5.2 Thống kê mang tải hiện tại của các đường dây cao thế: 63 Bảng 5.3 Thống kê mang tải hiện tại của các đường dây trung thế sau các trạm 110kV: 77 Bảng 5.4 Thống kê mang tải hiện tại của các đường dây trung thế sau các trạm Trung gian 81 Bảng 5.5: Thống kê số lần sự cố (năm 2009). 83 Bảng 5.6: Các đường dây xảy ra nhiều sự cố (năm 2009). 84 Bảng 5.7: Thời gian mất điện trên các phân đoạn. 90 Bảng 5.8: Số vụ sự cố vĩnh cửu trên đường dây trung áp. 91 Bảng 5.9: Công suất trung bình và chiều dài đường trục các phân đoạn thuộc lộ 377 E6.2. 92 [...]... sử dụng các thiết bị phân đoạn trong lưới phân phối nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp điện và đề xuất ứng dụng công nghệ tự động DAS vào lưới phân phối để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 12 2 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu của đề tài là các giải pháp tự động đang được sử dụng để đảm bảo độ tin cậy. .. tin cậy cung cấp điện trong lưới phân phối và phân tích vai trò của DAS trong việc nâng cao độ tin cậy khi được áp dụng vào lưới phân phối Phạm vi nghiên cứu gồm các nội dung: phát hiện, cách ly các phần tử sự cố trong lưới phân phối trung áp có dòng chạm đất bé và nghiên cứu công nghệ DAS, hiệu quả khi áp dụng DAS vào lưới phân phối 3 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài: Các giải pháp nghiên cứu trong đề... giảm tổn thất điện năng, … Do đó, tự động hoá lưới phân phối sẽ phải đảm đương thêm một nhiệm vụ nữa là nâng cao các chỉ tiêu kinh tế của lưới Các thiết bị tự động hoá đang được sử dụng trong lưới phân phối là thiết bị tự đóng lại, tự động đóng dự phòng, tự động điều chỉnh đầu phân áp, tự động sa thải phụ tải theo tần số, thiết bị bù công suất phản kháng, thiết bị thông tin, điều khiển từ Số hóa bởi Trung... chất lượng điện áp được đánh giá trên cực của thiết bị dùng điện mà lưới phân phối là nơi áp ứng trực tiếp yêu cầu về chất lượng điện áp của phụ tải Để đảm bảo chất lượng về điện áp trong lưới phân phối có rất nhiều biện pháp tự động được sử dụng như: tự động điều chỉnh đầu phân áp, tự động đóng cắt các bộ tụ điện, máy bù tĩnh SVC (Static Var Compensator),… Với việc sử dụng các thiết bị tự động này,... nhiệm vụ tự động đưa các phần tử dự phòng vào thay thế các phần tử làm việc khi các phần tử này bị sự cố Với TĐD số lần mất điện trong năm sẽ được giảm xuống, độ tin cậy cung cấp điện của lưới được nâng cao Các thiết bị tự động hoá trình bày ở trên là những giải pháp hữu hiệu để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện và được sử dụng rộng rãi trên lưới Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn... cao độ tin cậy chỉ có hiệu quả Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 21 khi mức giảm tổn thất kinh tế nhờ nâng cao độ tin cậy lớn hơn chi phí để nâng cao độ tin cậy Để nâng cao độ tin cậy của lưới, giảm số lần mất điện, thời gian mất điện, giải pháp hữu hiệu là sử dụng các thiết bị bảo vệ, thiết bị điều khiển và tự động chống sự cố nhằm phát hiện và cách ly. .. cách ly nhanh phần tử sự cố khỏi lưới điện Một giải pháp hiện đại đáng chú ý được nhiều nước sử dụng để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện là Hệ thống phân phối tự động (DAS) sẽ được nghiên cứu ở các chương sau Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 22 CHƢƠNG 2: SỬ DỤNG THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG ĐỂ PHÁT HIỆN VÀ CÁCH LY PHẦN TỬ SỰ CỐ Lưới phân phối trung áp nước ta có 2 đặc... mỗi phân nhánh, ta đặt một dao cách ly tự động (DCLTĐ) Khi xảy ra sự cố trên một nhánh rẽ nào đó, máy cắt đầu đường dây sẽ cắt Trong khoảng thời gian không điện dao cách ly tự động ở đầu nhánh rẽ bị sự cố được tự động cắt ra, tách phần tử sự cố ra khỏi lưới điện Sau khi dao cách ly tự động đã tách nhánh sự cố, rơle tự đóng lại đặt ở đầu đường dây đóng trở lại máy cắt nguồn, khôi phục cấp điện cho các... phối tự động) 1.2 Nhiệm vụ của tự động hoá lƣới phân phối: 1.2.1 Nâng cao chất lƣợng điện năng (U,f): Tần số và điện áp là hai thông số chất lượng của điện năng Các thiết bị dùng điện và cả thiết bị phân phối điện đều được thiết kế để làm việc tốt với tần số và điện áp nhất định (giá trị định mức) Khi tần số và điện áp lệch khỏi giá trị định mức thì thiết bị điện sẽ làm việc kém chất lượng và nếu độ lệch... hành; đảm bảo chất lượng điện năng, độ tin cậy cung cấp điện; mang lại hiệu quả kinh tế cao là yêu cầu cấp thiết Hệ thống phân phối tự động DAS (Distribution Automation System) đang được áp dụng tại các nước có trình độ phát triển cao trong lĩnh vực điện lực để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện DAS rất phù hợp với lưới phân phối hình tia hoặc mạch vòng vận hành hở như lưới phân phối Việt Nam Mục tiêu . Quang Thắng SỬ DỤNG THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG CÁCH LY PHẦN TỬ SỰ CỐ TRONG LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI NHẰM NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN VÀ ÁP DỤNG CHO LƢỚI ĐIỆN THÀNH PHỐ THÁI NGUYÊN Chuyên. nâng cao các chỉ tiêu kinh tế của lưới. Các thiết bị tự động hoá đang được sử dụng trong lưới phân phối là thiết bị tự đóng lại, tự động đóng dự phòng, tự động điều chỉnh đầu phân áp, tự động. phân đoạn trong lưới phân phối nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp điện và đề xuất ứng dụng công nghệ tự động DAS vào lưới phân phối để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện. 12 Số hóa bởi