PHƯƠNG PHÁP GIẢM tổn THẤT CÔNG SUẤT TRÊN lưới điện TRUNG áp

CHƯƠNG :TỔNG QUAN VỀ TỔN THẤT CÔNG SUẤT 1.1 Chất lượng điện - Chất lượng điện hiểu vấn đề liên quan đến biến đôi điện áp, dòng điện tần số dẫn đến việc hoạt động hiệu hư hỏng thiết bị khách hàng đơn vị cung ứng điện - Chất lượng điện đặc trưng giá trị quy định điện áp tần số mạng điện - Chất lượng điện ảnh hưởng nhiều đến tiêu kinh tế kỹ thuật hộ dùng điện Các thiết bị dùng điện làm việc với hiệu tốt trường hợp điện có chất lượng cao Các tiêu chất lượng điện độ lệch tần số, độ lệch điện áp, dao động điện áp, không đối xứng không hình sin đường cong điện áp - Độ lệch điện áp toàn hệ thống điện, giá trị tần số thời điểm xác định tốc độ quay máy phát điện Trong chế độ xác lập bình thường tất máy phát có tốc độ đồng Vì độ lệch tần số tiêu hệ thống chất lượng điện - Điện áp có giá trị khác điểm khác mạng điện Vì tiêu chất lượng điện áp cục Trong chế độ thực mạng điện, điện áp luôn khác với điện áp danh định Sự khác đặc trưng tiêu chất lượng điện áp : độ lệch điện áp, dao động điện áp v v - Độ lệch điện áp hiệu số giá trị thực điện áp U giá trị điện áp danh định mạng Udd Độ lệch điện áp xác định theo công thức : dU = U - Udd Độ lệch điện áp tính theo phần trăm : dU % = 100 - Dao động điện áp thay đổi tức thời điện áp mở máy động lớn, ngắn mạch mạng điện v.v… Dao động điện áp xác định sau dU % = 100 : Uln, Unh – giá trị lớn nhỏ điện áp lần dao động Sự thay đổi phụ tải mạng cung cấp phân phối dẫn đến thay đổi điện áp hộ tiêu thụ Điện áp giảm phụ tải tăng, điện áp tăng phụ tải giảm Độ lệch điện áp lớn, tiêu kinh tế - kỹ thuật thiết bị dùng điện giảm Ví dụ, giảm điện áp bóng đèn sợi đốt 10 % so với điện áp danh định dẫn đến giảm độ chiếu sáng khoảng 40 %, tăng điện áp lên 10 % tuổi thọ bóng đèn giảm khoảng lần Vì vậy, chế độ điện áp mạng cần phải để đạt chi phí nhỏ tất hệ thống cung cấp điện có xét đến hiệu kinh tế làm việc mạng điện thiết bị dùng điện Độ lệch cho phép điện áp hộ tiêu thụ quy định sau ( TCVN) + Trên cực thiết bị chiếu sáng làm việc từ -2,5 đến +5%, chiếu sáng nhà 5% + Trên cực động cơ, thiết bị mở máy điều khiển từ đến +10% + Trên cực thiết bị dùng điện lại ± 5% Theo điều kiện cách điện, điện áp mạng 35 – 220kV không lớn 15%, mạng 330 kV không lớn 10%, mạng 500kV cao không lớn 5% so với điện áp danh định Độ lệch điện áp thay đổi theo thời gian thay đổi phụ tải, chế độ điện áp trung tâm cung cấp 1.2 Tổn thất công suất 1.2.1 Tổn thất công suất máy biến áp: Tổn thất công suất mý biến áp bao gồm tổn thất không tải tổn thất có tải Tổn thất công suất tác dụng phản kháng máy biến áp tính theo công thức sau: ∆PB = ∆P0 + ∆PN ( S pt S đm ∆QB = ∆Q0 + ∆Q N ( )2 S pt S đm )2 Ở đây, ∆P0, ∆PN: Tổn thất công suất tác dụng không tải ngắn mạch máy biến áp, cho lý lịch máy, kW ∆Q0, ∆QN: Tổn thất công suất phản kháng ngắn mạch máy biến áp, kVar Spt, Sđm: Công suất phụ tải toàn phần dung lượng công suất định mức máy biến áp, kVA Các tổn thất ∆Q0, ∆QN tính theo công thức sau: ∆Q0 = i %.S đm , kVAr 100 ∆Q N = U N %.S đm , kVAr 100 1.2.2 Tổn thất công suất đường dây truyền tải Tổn thất công suất đường dây gồm có tổn thất công suất tác dụng điện trở R tổn thất công suất phản kháng cảm kháng X đường dây Tổn thất công suất tác dụng điện trở R xác định theo công thức: ∆P = 3I R Tổn thất công suất phản kháng cảm kháng X ∆Q = 3I X Do tổng tổn thất công suất có giá trị ∆S = 3I Z Trong thực tế, thường gặp đường dây có phụ tải phân bố giống dọc theo chiều dài đường dây Trong điều kiện định xem đường dây đường dây có phụ tải phân phối Tổn thất công suất đường dây có phụ tải tập trung xác định theo công thức: ∆P = 3I r0 L 1.3 Tổn thất điện Tổn thất điện mạng điện chia thành hai phần: tổn thất kỹ thuật tổn thất thương mại Tổn thất kỹ thuật mạng điện đặc biệt quan trọng, dẫn đến tăng vốn đầu tư để sản xuất truyền tải điện chi phí nhiên liệu Tổn thất kỹ thuật xác định theo thông số phần tử mạng điện Tổn thất kỹ thuật gồm có tổn thất điện đốt nóng dây dẫn mạng điện, tổn thất máy biến áp tổn thất khác ( tiếp xúc, dò điện…) Tổn thất thương mại có không hoàn thiện hệ thống đo đếm điện năng, sai số thiết bị dùng để tính điện năng, thất thu tiền điện, gian lận… Vì để nâng cao tiêu kinh tế hệ thống điện cần phải sử dụng giải pháp giảm tổn thất công suất điện mạng điện Để giảm tổn thất điện mạng điện sử dụng giải pháp: đặt thiết bị bù công suất phản kháng ( máy bù đồng bộ, tụ tĩnh, thiết bị bù điều khiển tĩnh); vận hành kinh tế trạm biến áp; tối ưu hóa phân bố công suất mạng điện kín không đồng nhất; nâng cao điện áp danh định mạng điện; chọn cấu trúc hợp lý sơ đồ mạng điện; cải tạo, xây dựng mạng điện thay đặt thiết bị bổ xung; hoàn thiện hệ thống đo điếm điện năng; nâng cao chất lượng phục vụ; điều chỉnh đồ thị phụ tải ngày giảm đỉnh phụ tải cao điểm 1.4 Kết luận chương Trong chương này, luận văn trình bày tổng quan tổn thất công suất với nội dung chính: - Chất lượng điện - Tổn thất công suất - Tổn thất điện CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP GIẢM TỔN THẤT CÔNG SUẤT TRÊN LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP 2.1 Cơ sở lý luận Giảm tổn thất công suất giảm tổn thất điện lưới điện trung áp biện pháp quan trọng để tiết kiệm nhiên liệu tăng nguồn điện cho phụ tải Tổn thất điện lưới điện trung áp chia thành: tổn thất kỹ thuật tổn thất thương mại Tổn thất kỹ thuật lưới điện trung áp đặc biệt quan trọng, dẫn đến tăng vốn đầu tư để sản xuất truyền tải điện năng, chi phí nhiên liệu Tổn thất kỹ thuật xác định theo thông số chế độ thông số phần tử lưới điện Tổn thất thương mại không hoàn thiện hệ thống đo điếm điện năng, sai số thiết bị dùng để tính điện năng… Vì để nâng cao tiêu kinh tế lưới điện trung áp cần phải sử dụng giải pháp giảm tổn thất công suất hay điện lưới điện trung áp 2.2 Tính toán chế độ hệ thống lưới điện trung áp 2.2.1 Tính chế độ đường dây theo dòng điện phụ tải 2.2.1.1 Cho điện áp cuối đường dây = const Xét đường dây ba pha đối xứng có phụ tải ( hình 2.1 a) Biết dòng điện phụ tải I2, điện áp cuối đường dây jX, = jB Tính điện áp dòng điện 1 , tổng trở tổng dẫn đường dây =R+ đầu đường dây, tổn thất công suất đường dây đầu đường dây Hình 2.1 Tính chế độ đường dây truyền tải điện a- đường dây, b- Sơ đồ thay đường dây Sơ đồ thay đường dây có dạng hình 2.1 b Để đơn giản tính, sử dụng dòng điện điện áp pha p, sau chuyển điện áp pha ( điện áp dây) Bởi dòng điện điện áp cuối đường dây biết tính chế độ tiến hành từ cuối đến đầu đường dây Dòng điện điện dung cuối đường dây sinh ( dòng điện dung) xác định theo công thức: =j cc 2p B Trong ( 2.1) 2p – điện áp pha cuối đường dây Dòng điện chạy đường dây có giá trị: 12 = + ( 2.2) cc Điện áp pha đầu đường dây xác định theo biểu thức: 1p = 2p + 12 = 2p + R+j 12 X ( 2.3) 12 Dòng điện dung đầu đường dây tính theo công thức: cđ =j 1p B ( 2.4) Dòng điện đầu đường dây = 12 + ( 2.5) cđ Tổn thất công suất tổng trở đường dây gồm có tổn thất công suất tác dụng điện trở R tổn thất công suất phản kháng cảm kháng X đường dây Tổn thất công suất tác dụng điện trở R xác định theo công thức: ∆P12 = R ( 2.6) Tổn thất công suất phản kháng cảm kháng X bằng: ∆Q12 = X ( 2.7) Do tổn thất công suất tổng trở Z có giá trị: ∆ 12 = ∆P12 + j∆Q12 = R + j3 X=3 ( R + jX) = ( 2.8) Đồ thị vectơ biểu diễn quan hệ dòng điện điện áp hai đầu đường dây ( hình 2.2a) xây dựng theo công thức từ (2.1) đến (2.5) Trước hết xây dựng đồ thị vectơ điện áp 2p dòng điện Giả thiết rằng, vectơ điện áp pha cuối đường dây 2p áp 2p 2p trùng với trục thực, nghĩa góc ϕ2 Dòng điện dung cuối đường dây góc 900 Dòng điện X vượt trước dòng điện vectơ áp cuối đường dây = U2p ∠0o phụ tải có tính chất điện cảm Vì vậy, dòng điện 12 tổng hai vectơ Từ công thức (2.3) nhận thấy rằng, vectơ 12 2p 1p 2p , R j 12 12 12 chậm sau điện vượt trước điện áp công thức (2.2) R song song với dòng điện X Dòng điện dung cc 12 góc 900 Điện áp góc 900 Dòng điện cc cđ 1p 12 Vectơ j đầu đường dây tổng đầu đường dây vượt trước điện đầu đường dây tổng hai vectơ 12 cđ biểu thức (2.5) Từ đồ thị vectơ (hình 2.2a) nhận thấy rằng, mô đun điện áp cuối đường dây nhỏ mô đun điện áp đầu đường dây, 2p < 1p Sau nhân hai phần công thức (2.3) với biểu thức điện áp pha đầu đường dây , nhận Hình 2.2 Đồ thị véc tơ dòng điện điện áp đường dây a- Đồ thị véc tơ đường dây có phụ tải, b- Đồ thị véc tơ đường dây không tải = + 12 = + Trong chế độ không tải ( 12 R+j 12 X (2.9) = 0) đường dây có dòng điện dung, có: 12 = = (2.10) cc cc + (2.11) cđ Đồ thị vectơ dòng điện điện áp pha đường dây không tải cho hình 2.2b Từ đồ thị vectơ ( hình 2.2b) nhận thấy rằng, chế độ không tải điện áp cuối đường dây 2p lớn điện áp đầu đường dây 1p 2p > ( 2.12) 1p Hiện tượng tăng cao điện áp cuối đường dây chế độ không tải thường xuất đường dây không điện áp từ 220kV trở lên đường dây cáp điện áp Udđ > 110kV 2.2.1.2 Cho điện áp đầu đường dây Cho biết điện áp dẫn đường dây 1 = const đầu đường dây, dòng điện phụ tải = R + jX, = jB Cần xác định , ,∆ 12 , tổng trở tổng 12 ( hình 2.1a b) Trong trường hợp áp dụng phương pháp tính xét để xác định dòng điện điện áp Để phân tích chế độ đường dây cho, áp dụng phương pháp điện áp nút Phương trình điện áp nút nút viết sau: 22 2p + 12 1p = Trong đó: 22 : Tổng dẫn riêng nút 2, tổng đại số tổng dẫn nhánh nối trực tiếp với nút 12 : Tổng dẫn chung nút nút 2, tổng đại số tổng dẫn nhánh nối nút nút 2, đồng thời tổng dẫn chung có giá trị âm Đối với đường dây cho (hình 2.1a b) tổng dẫn riêng chung xác định theo công thức: 22 = -1 +j (2.14) 10 Hình 3.14: Mô lộ đường dây 671TGAT ( Một phần) Hình 3.15: Mô lộ đường dây 672E2.14 65 Hình 3.16: Mô lộ đường dây 971 ( Một phần) Hình 3.17: Mô lộ đường dây 972 66 Hình 3.18: Mô lộ đường dây 973 ( Một phần) Xét lộ đường dây 672E2.14 Hình 3.19: Hiển thị kết phân tích công suất đường dây 6kV lộ 672E2.14 67 Bảng 3.3 : Kết phân tích tổn thất công suất lộ 672E2.14 phần mềm PSS/ADEPT Để giảm tổn thất công suất, ta chạy phần mềm PSS/ADEPT để đặt tụ bù công suất phản kháng cho lộ 672E2.14 kết sau: 68 Như lộ 672E2.14 chưa đặt tụ bù tổn thất công suất phản kháng 58,17kvar, tổn thất công suất tác dụng 46,74kW Nhưng đặt tụ bù tổn thất công suất phản kháng 50,40kvar, tổn thất công suất tác dụng 39,28kW 3.4 Kết luận chương Theo kết tính toán trên, biện pháp đặt tụ bù để bù công suất phản kháng, thấy hiệu giảm tổn thất công suất, giảm tổn thất điện giảm tổn thất điện áp lưới điện trung áp Do đó, việc bù công suất phản kháng theo phương án cho lưới điện trung áp huyện An Lão – thành phố cần thiết nhằm đảm bảo nâng cao chất lượng điện cho lưới điện, đồng thời mang lại nhiều lợi ích kinh tế 69 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 4.1 KẾT LUẬN Luận văn trình bày mục tiêu đề ra: Chương 1: Tổng quan chung tổn thất công suất - Trình bày chất lượng điện năng; - Nêu vấn đề tổn thất công suất, tổn thất điện Chương Phương pháp giảm tổn thất công suất lưới điện trung áp - Tính toán chế độ hệ thống lưới điện trung áp; - Nghiên cứu phân tích phương pháp giảm tổn thất công suất; - Chương trình phân tích hệ thống lưới điện PSS/ADEPT Chương Phân tích biện pháp giảm tổn thất công suất lưới điện trung áp huyện An Lão – thành phố Hải Phòng - Đề xuất giải pháp nâng cao chất lượng điện lưới điện trung áp huyện An Lão Cụ thể đặt tụ bù để bù công suất phản kháng số điểm nút phụ tải cần thiết lộ đường dây 672E2.14 để cải thiện chất lượng điện giảm tổn hao điện lưới điện 4.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN TIẾP CỦA ĐỀ TÀI - Đề tài nghiên cứu sâu ứng dụng thiết bị đại công nghệ FACTS để nâng cao chất lượng điện lưới điện phân phối - Tiếp tục hoàn thiện chương trình tính toán, nghiên cứu cải thiện chất lượng điện áp lưới điện phân phối thể sai lệch độ dao động điện áp, sóng hài độ không sin Trên nội dung mà luận văn chưa đề cập đến hướng tiếp tục nghiên cứu đề tài mà tác giả mong muốn có hội thực tương lai 70 MỤC LỤC CHƯƠNG :TỔNG QUAN VỀ TỔN THẤT CÔNG SUẤT 1.1 Chất lượng điện 1.2 Tổn thất công suất 1.2.1 Tổn thất công suất máy biến áp 1.3 Tổn thất điện 1.4 Kết luận chương CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP GIẢM TỔN THẤT CÔNG SUẤT TRÊN LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP 2.1 Cơ sở lý luận 2.2 Tính toán chế độ hệ thống lưới điện trung áp 2.2.1 Tính chế độ đường dây theo dòng điện phụ tải Hình 2.1 Tính chế độ đường dây truyền tải điện Hình 2.2 Đồ thị véc tơ dòng điện điện áp đường dây Hình 2.3 Tính chế độ đường dây truyền tải điện 2.2.2 Tính chế độ đường dây theo công suất phụ tải 10 2.2.3 Tổn thất điện áp đường dây 10 Hình 2.4 Đồ thị véc tơ điện áp theo số liệu đầu đường dây 13 2.2.4 Tính chế độ mạng điện có nhiều cấp điện áp danh định khác 16 Hình 2.5 Tính chế độ trạm biến áp 16 2.3 Một số phương pháp giảm tổn thất công suất lưới điện trung áp 16 2.3.1 Tối ưu hóa công suất thiết bị bù 18 Hình 2.6 Sơ đồ mạng điện đơn giản 20 2.3.2 Bù công suất phản kháng mạng điện phân phối 21 Hình 2.7 Sơ đồ mạng điện phân phối hình tia 22 Hình 2.8 Các sơ đồ mạng điện hình tia 23 2.4 Chương trình phân tích hệ thống điện 24 Hình 2.9 Giao diện chương trình PSS/ADEPT 5.0 28 71 Hình 2.11 Chu trình triển khai chương trình PSS/ADEPT 30 Hình 2.10 Các nút thiết bị vẽ sơ đồ lưới điện 30 2.5 Kết luận chương 31 CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH CÁC BIỆN PHÁP GIẢM TỔN THẤT CÔNG SUẤT TRÊN LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP HUYỆN AN LÃO – THÀNH PHỐ HẢI PHÒNG 32 3.1 Lưới điện trung áp huyện An Lão – thành phố Hải Phòng 32 3.1.1 Giới thiệu chung 32 Bảng 3.1: Thông số lộ đường dây 33 3.1.2 Sơ đồ lưới điện huyện An Lão 33 Hình 3.1:Lộ đường dây 372E2.14 33 Hình 3.2: Lộ đường dây 372E2.21 34 Hình 3.3: Lộ đường dây 373E2.21 34 Hình 3.4: Lộ đường dây 632TGAT 35 Hình 3.5: Lộ đường dây 671TGAT 35 Hình 3.6: Lộ đường dây 672E2.14 35 Hình 3.7: Lộ đường dây 971 .36 Hình 3.8: Lộ đường dây 972 .36 Hình 3.9: Lộ đường dây 973 .37 3.2 Thực trạng tổn thất công suất lưới điện huyện An Lão 38 Bảng 3.2: Bảng tổn thất công suất .38 3.3 Phân tích biện pháp giảm tổn thất công suất áp dụng lưới điện trung áp huyện An Lão .57 3.3.1 Đề xuất biện pháp giảm tổn thất công suất 57 3.3.2 Ứng dụng phần mềm PSS/ADEPTtrong việc giảm tổn thất công suất 59 Hình 3.10 : Mô lộ đường dây 372E2.14 61 Hình 3.11: Mô lộ đường dây 372E2.21 ( phần) .61 Hình 3.12: Mô lộ đường dây 373E2.21 ( Một phần) .62 72 Hình 3.13: Mô lộ đường dây 632TGAT ( Một phần) 62 Hình 3.14: Mô lộ đường dây 671TGAT ( Một phần) 63 Hình 3.15: Mô lộ đường dây 672E2.14 63 Hình 3.16: Mô lộ đường dây 971 ( Một phần) .64 Hình 3.17: Mô lộ đường dây 972 64 Hình 3.18: Mô lộ đường dây 973 ( Một phần) .65 Hình 3.19: Hiển thị kết phân tích công suất đường dây 6kV lộ 672E2.14 .65 Bảng 3.3 : Kết phân tích tổn thất công suất lộ 672E2.14 66 phần mềm PSS/ADEPT 66 3.4 Kết luận chương 67 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 68 4.1 KẾT LUẬN 68 4.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN TIẾP CỦA ĐỀ TÀI 68 73