Đánh giá sụt giảm điện áp ngắn hạn của lưới điện phân phối thành phố vinh nghệ an và một số giải pháp khắc phục

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Lê Thanh Sơn ĐÁNH GIÁ SỤT GIẢM ĐIỆN ÁP NGẮN HẠN CỦA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THÀNH PHỐ VINH - NGHỆ AN VÀ MỘT SỐ GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC Chuyên ngành: Kỹ thuật điện LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT ĐIỆN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS BẠCH QUỐC KHÁNH Hà Nội - Năm 2014 Luận văn Thạc Sĩ HV: Lê Thanh Sơn LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn kết nghiên cứu riêng tôi, không chép Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc công bố công trình khác Nội dung luận văn có tham khảo sử dụng tài liệu, thông tin đƣợc đăng tải tác phẩm, tạp chí, báo trang web theo danh mục tài liệu tham khảo luận văn Tác giả Lê Thanh Sơn Luận văn Thạc Sĩ HV: Lê Thanh Sơn MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC BẢNG BIỂU CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU NỘI DUNG LUẬN VĂN PHẦN MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Ý nghĩa thực tiễn luận văn .2 Phƣơng pháp nghiên cứu Nội dung luận văn CHƢƠNG : TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƢỢNG ĐIỆN NĂNG VÀ BIẾN THIÊN ĐIỆN ÁP NGẮN HẠN 1.1 Sự cần thiết nghiên cứu chất lƣợng điện 1.2 Tại quan tâm đến chất lƣợng điện 1.3 Các tƣợng liên quan đến chất lƣợng điện 1.4 Ảnh hƣởng chất lƣợng điện 1.5 Khái niệm chung biến thiên điện áp ngắn (BĐN) 1.6 Vùng bị ảnh hƣởng 1.7 Các biện pháp khắc phục .9 1.7.1 Các giải pháp cho giai đoạn hình thành biến thiên điện áp ngắn hạn bao gồm: 10 1.7.2 Các giải pháp cho lƣới điện bao gồm: 10 1.7.3 Các giải pháp phụ tải nhạy cảm: 10 1.8 Các tiêu hệ thống BĐN 11 1.8.1 Tần suất trung bình BĐN hệ thống – SARFI 11 1.8.2 Chỉ số SARFIx 11 1.8.3 Đƣờng cong SARFI 12 1.9 Kết luận 14 Luận văn Thạc Sĩ HV: Lê Thanh Sơn CHƢƠNG : XÂY DỰNG BÀI TOÁN ĐÁNH GIÁ SỤT GIẢM ĐIỆN ÁP NGẮN HẠN (VOLTAGE SAG) TRÊN LƢỚI ĐIỆN TRUNG ÁP 15 2.1 Đặt vấn đề .15 2.2 Mô phân bố cố 16 2.3 Sơ đồ khối tính toán biến thiên điện áp ngắn hạn lƣới phân phối .17 2.4 Kết luận .19 CHƢƠNG 3: ĐÁNH GIÁ SỤT GIẢM ĐIỆN ÁP NGẮN HẠN TRÊN LƢỚI TRUNG ÁP THÀNH PHỐ VINH VÀ CÁC BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC 21 3.1 Mô phân bố cố lƣới điện phân phối trạm 110kV Thành phố Vinh (E15.7) .21 3.2 Mô lƣới điện cần nghiên cứu .46 3.3 Tính ngắn mạch, tổng hợp giá trị điện áp tần suất SANH 52 3.4 Đánh giá voltage sag theo tiêu SARFIx 53 3.4 Đánh giá Voltage sag cho hệ thống 58 3.5 Đánh giá voltage sag theo tiêu SARFIx_cuve 62 3.6 Đánh giá voltage sag theo tiêu SARFIx SARFIx-cuver thay đổi đặc tính cắt rơle đƣờng dây 79 3.7 Đánh giá voltage sag theo tiêu SARFIx SARFIx_cuver bố trí máy cắt phân đoạn đƣờng dây .81 3.8 Đánh giá voltage sag theo tiêu SARFIx SARFIx_cuver bố trí máy cắt phân đoạn đƣờng dây thay đổi thời gian cắt máy cắt phân đoạn 84 3.9 Đánh giá voltage sag theo tiêu SARFIx SARFIx_cuver xét lƣới có trung tính cách điện .86 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO 92 Luận văn Thạc Sĩ HV: Lê Thanh Sơn DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 2.1.Biến thiên điện áp ngắn hạn hệ thống điện mạch kép mạch bị ngắn mạch .8 Hình 2.2.Biểu diễn trình biến thiên điện áp ngắn hạn đến loại trừ đƣợc cố .8 Hình 2.3 Vùng ảnh hƣởng Hình 2.4 Đƣờng cong CBEMA 12 Hình 2.5 Đƣờng cong ITIC .12 Hình 2.6 Đƣờng cong SEMI 13 Hình 2.7 Sơ đồ khối chƣơng trình tính toán 18 Hình 2.8 Đặc tính dây chảy cầu chì 19 Hình 3.1 Sơ đồ lƣới điện 22kV thành phố Vinh lộ 471, 472, 473 đƣợc mô PSS/ADEPT 47 Hình 3.2 Tần suất sụt giảm điện áp trung bình hệ thống 61 Hình 3.3 Tần suất sụt giảm điện áp trung bình hệ thống SARFIx 61 Hình 3.4 Đặc tính dây chảy cầu chì 63 Hình 3.5 Đặc tính thời gian phụ thuộc rơle 63 Hình 3.6 Đƣờng đặc tính SEMI 65 Hình 3.7 Tần suất sụt giảm điện áp trung bình SARFIx SARFIx_curve .78 Hình 3.8 Tần suất lũy tiến sụt giảm điện áp SARFIx SARFIx_curve 78 Hình 3.9 Tần suất lũy tiến sụt giảm điện áp SARFIx-curve SARFIx_curve TĐĐT thay đổi đặc tính thời gian .79 Hình 3.10 Tần suất sụt giảm điện áp trung bình hệ thống SARFIx-curve SARFIx_curve TĐĐT thay đổi đặc tính thời gian .80 Hình 3.11 Sơ đồ lƣới điện thành phố Vinh lộ 471, 472, 472 bố trí máy cắt phân đoạn đƣợc mô PSS/ADEPT .82 Hình 3.12 Tần suất sụt giảm điện áp trung bình lắp máy cắt phân đoạn 83 Luận văn Thạc Sĩ HV: Lê Thanh Sơn Hình 3.13 Tần suất lũy tiến sụt giảm điện áp trung bình lắp máy cắt phân đoạn .83 Hình 3.14 Tần suất sụt giảm điện áp trung bình hệ thống thay đổi thời gian cắt lắp máy cắt phân đoạn .85 Hình 3.15 Tần suất lũy tiến sụt giảm điện áp trung bình hệ thống thay đổi thời gian cắt lắp máy cắt phân đoạn 85 Hình 3.16 Tần suất lũy tiến sụt giảm điện áp trung bình hệ thống lƣới điện có trung tính đất .87 Hình 3.17 So sánh tiêu SARFIx_curve trƣờng hợp 89 Luận văn Thạc Sĩ HV: Lê Thanh Sơn DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Số thứ tự, tên nút (Trong PSS/Adept) tên trạm biến áp 67 vị trí đƣợc đánh giá SANH (voltage sag) .22 Bảng 3.2 Các vị trí tính ngắn mạch đƣờng dây chiều dài đƣờng dây 23 Bảng 3.3 Tổng hợp suất cố năm 2013 25 Bảng 3.4 Bảng suất cố lƣới loại cố ngắn mạch 26 Bảng 3.5 Phân bố suất cố vị trí trạm biến áp .27 Bảng 3.6 Bảng phân bố suất cố ngắn mạch đƣờng dây (67 vị trí ngắn mạch) .29 Bảng 3.7 Bảng tổng hợp suất cố cho kiện cố (268 kiện cố) 67 nút lƣới 44 Bảng 3.8 Thông số máy biến áp .46 Bảng 3.9 Thống kê chiều dài đoạn đƣờng dây, điện trở điện kháng tính hệ đơn vị tƣơng đối 48 Bảng 3.10 Giá trị điện áp pha nút chế độ xác lập 50 Bảng 3.11 Giá trị điện áp trạm Nguyễn Du (Node1_471) ngắn mạch pha N(1) xảy tất điểm ngắn mạch lƣới (67 nút) 53 Bảng 3.12 Tần suất sụt giảm điện áp pha nhỏ trạm Nguyễn Du ngắn mạch pha N(1) xảy tất điểm ngắn mạch lƣới (67 nút) 55 Bảng 3.13 Tổng hợp tần suất sụt giảm điện áp pha nhỏ trạm Nguyễn Du ngắn mạch pha xảy tất điểm ngắn mạch lƣới (67 điểm) 57 Bảng 3.14 Tổng hợp tần suất sụt giảm điện áp pha nhỏ trạm Nguyễn Du loại ngắn mạch khác 58 Bảng 3.15 Chỉ số SARFIx xét vị trí trạm Nguyễn Du (Node1_471) 58 Bảng 3.16 Tổng hợp tần suất sụt giảm điện áp pha nhỏ toàn 67 nút lƣới phân phối 59 Bảng 3.17 Chỉ tiêu SARFIx hệ thống 60 Bảng 3.19 Dòng điện khởi động rơle đƣờng dây 63 Luận văn Thạc Sĩ HV: Lê Thanh Sơn Bảng 3.20 Thời gian cắt thiết bị bảo vệ ngắn mạch pha 64 Bảng 3.21 Quan hệ xác định thời gian cắt máy cắt 64 Bảng 3.22 Tần suất sụt giảm điện áp không an toàn node1_471 xảy ngắn mạch N1 tất vị trí trạm biến áp lƣới 65 Bảng 3.23 Tần suất sụt giảm điện áp không an toàn Node1_421 ngắn mạch N1 đƣờng dây tất vị trí nút lƣới (67 nút) 67 Bảng 3.24 Tổng hợp tần suất SANH không an toàn Node1_471 ngắn mạch N1 xảy tất vị trí ngắn mạch lƣới (67 vị trí) 71 Bảng 3.25 Tổng hợp tần suất sụt giảm điện áp không an toàn cho hệ thống SARFIcurve 71 Bảng 3.26 Tổng hợp tần suất lũy tiến sụt giảm điện áp cho hệ thống SARFIx-curve .74 Bảng 3.27 Phối hợp thời gian bảo vệ máy cắt cầu chì 84 Bảng 3.28 Quan hệ thời gian cắt phụ thuộc dòng ngắn mạch 84 Bảng 3.29 Tổng hợp tiêu SARFIx SARFIx-curve trƣờng hợp .88 Luận văn Thạc Sĩ HV: Lê Thanh Sơn CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU Chữ viết tắt Tên đầy đủ American National Standards Institute ANSI Viện tiêu chuẩn quốc gia Mỹ Average Service Availability Index ASAI Chỉ số thể mức sẵn sàng hoạt động hệ thống Customer Average Interruption Duration Index CAIDI Chỉ số khoảng thời gian điện trung bình khách hàng Computer Bussiness Equipment Manufactures Associations CBEMA Hiệp hội sản xuất kinh doanh thiết bị máy tính Customer Average Interruption Frequency Index CAIFI Chỉ số tần suất điện trung bình khách hàng Customer Interrupted per Interruption Index CIII Chỉ số thể số lượng khách hàng trung bình bị điện lần điện CLĐN Chất lượng điện MBA Máy biến áp HTĐ Hệ thống điện International Electrotechnical Commission IEC Hiệp hội kỹ thuật điện tử quốc tế Institute of Electrical and Electronic Engineer IEEE ITIC PSS/Adept Viện kỹ thuật điện điện tử Information Technology Infrastructure Committee Ủy ban sở hạ tầng công nghệ thông tin Power System Simulator/Advanced Distribution Engineering Luận văn Thạc Sĩ HV: Lê Thanh Sơn Productivity rms TBA Root-Mean-Square Giá trị hiệu dụng Trạm biến áp TTCĐ Trung tính cách đất TSSC Tần suất cố SANH SANH SAIDI SAIFI System Average Interruption Duration Index Chỉ số khoảng thời gian điện trung bình hệ thống System Average Interruption Frequency Index Chỉ số tần suất điện trung bình hệ thống System Average RMS Frequency Index voltage SARFIx Chỉ số tần suất biến thiên điện áp trung bình hệ thống với ngưỡng điện áp x System Average RMS Frequency Index voltage curve SARFIx-curve Chỉ số tần suất biến thiên điện áp trung bình hệ thống với ngưỡng điện áp x xét đến tác động thiết bị bảo vệ SEMI UPS VI Semiconductor Equipment and Materials International Group Tổ chức quốc tế vật liệu thiết bị bán dẫn Uninterruptable Power Supply Nguồn cung cấp không bị gián đoạn Very Inverse Rất dốc Luận văn Thạc Sĩ HV: Lê Thanh Sơn Nhận xét: Từ số SARFI SARFIcuver ta thấy số SARFIcuver có giảm ngắn mạch trạm biến áp cầu chì bảo vệ loại đƣợc cố thời gian ngắn SANH đảm bảo CLĐN Vì cầu chì bảo vệ cho trạm biến áp phân phối có vai trò quan trọng việc nâng cao CLĐN 3.6 Đánh giá voltage sag theo tiêu SARFIx SARFIx-cuver thay đổi đặc tính cắt rơle đƣờng dây Ở ta đánh giá SARFIx-curve hệ thống chọn đặc tính rơle đƣờng dây đặc tính thời gian phụ thuộc dốc (β= 13,5; α=1) Để đánh giá voltage sag theo tiêu SARFIx SARFIx-cuver ta xem xét rơle đƣờng dây có đặc tính thời gian phụ thuộc cực dốc với hệ số β=80; α=2 Cách tính tƣơng tự nhƣ ta có đƣợc chì số SARFIx SARFIcurve thay đổi đặc tính thời gian rơle Hình 3.9 Tần suất lũy tiến sụt giảm điện áp SARFIx-curve SARFIx_curve TĐĐT thay đổi đặc tính thời gian 79 Luận văn Thạc Sĩ HV: Lê Thanh Sơn Hình 3.10 Tần suất sụt giảm điện áp trung bình hệ thống SARFIx-curve SARFIx_curve TĐĐT thay đổi đặc tính thời gian Nhận xét: Khi thay đổi đặc tính thời gian cắt từ đặc tính dốc sang đặc tính cực dốc máy cắt đầu nguồn thời gian cắt đƣợc kéo dài Do thời gian tồn SAG kéo dài không thay đổi đƣợc kết số SARFIx SARFIcurve 80 Luận văn Thạc Sĩ HV: Lê Thanh Sơn 3.7 Đánh giá voltage sag theo tiêu SARFIx SARFIx_cuver bố trí máy cắt phân đoạn đƣờng dây Hiện xuất tuyến đƣờng dây chƣa đƣợc bố trí máy cắt phân đoạn, có cố đƣờng dây làm máy cắt đầu nguồn tác động gây điện diện rộng Biện pháp khắc phục phân đoạn đƣờng dây cách đặt máy cắt recloser đầu nhánh rẽ đƣờng dây Cụ thể đặt máy cắt recloser vị trí nhƣ sau: Lộ 471 Node9_471 Lộ 472 Node16_472 Lộ 473 Node10_473 Để đảm bảo tính chọn lọc máy cắt đầu nguồn máy cắt phân đoạn hai máy cắt đƣợc chọn đặc tính cắt đặc tính thời gian phụ thuộc dốc, thời gian trể máy cắt đầu nguồn đƣợc chọn ∆t=03s so với thời gian cắt máy cắt phân đoạn Ngoài máy cắt phân đoạn máy cắt đầu nguồn phải phối hợp với thời gian cắt cầu chì, thời gian trể hai máy cắt so với thời gian cắt cầu chì đƣợc chọn 0.3s Cách tính tƣơng tự nhƣ ta có đƣợc chì số SARFIx SARFIcurve bố trí máy cắt phân đoạn 81 Luận văn Thạc Sĩ HV: Lê Thanh Sơn Hình 3.11 Sơ đồ lưới điện thành phố Vinh lộ 471, 472, 472 bố trí máy cắt phân đoạn mô PSS/ADEPT 82 Luận văn Thạc Sĩ HV: Lê Thanh Sơn Hình 3.12 Tần suất sụt giảm điện áp trung bình lắp máy cắt phân đoạn Hình 3.13 Tần suất lũy tiến sụt giảm điện áp trung bình lắp máy cắt phân đoạn Nhận xét: Chỉ số SARFIx SARFIx_cuver không thay đổi thời gian cắt máy cắt vƣợt thời gian chịu điện áp thiết bị 83 Luận văn Thạc Sĩ HV: Lê Thanh Sơn 3.8 Đánh giá voltage sag theo tiêu SARFIx SARFIx_cuver bố trí máy cắt phân đoạn đƣờng dây thay đổi thời gian cắt máy cắt phân đoạn Nghiên cứu thay đổi SARFI hệ thống cách thay đổi thời gian cắt máy cắt phân đoạn máy cắt đầu nguồn nhƣ sau: Bảng 3.26 Phối hợp thời gian bảo vệ máy cắt cầu chì Tên lộ Ngắn mạch Tên nút N3 (A) T/g cắt CC T/g cắt ĐZ 471 TBA Nguyễn Du Node1_471 4423 0.01 (s) 0.310 +0.16 472 TBA Nguyễn Du Node1_472 5414 0.01(s) 0.310 +0.16 473 TBA Nguyễn Du Node1_473 4436 0.01(s) 0.310 +0.16 Tên lộ Ngắn mạch Tên nút N3 471 TBA Xăng Dầu Node9_471 3146 0.01 (s) 0.15+0.01 TBA Hƣng Dũng Node16_472 4861 0.01 (s) 0.15+0.01 Node10_473 3981 0.01 (s) 0.15+0.01 T/g cắt CC T/g cắt MCPĐ Thƣợng 472 TBA Ng Phong Sắc 473 Từ biểu thức 3.1 ta tính đƣợc hệ số k xây dựng đƣợc quan hệ thời gian cắt máy cắt đƣờng dây máy cắt phân đoạn phụ thuộc vào dòng ngắn mạch Bảng 3.27 Quan hệ thời gian cắt phụ thuộc dòng ngắn mạch TT Tên lộ Dòng điện khởi động rơle (A) Hệ số k T/g cắt MCĐZ T/g cắt MCPĐ K DZ =0.840 t= 471 176.8 K PD =0.199 K DZ =0.490 t= 472 359.0 K PD =0.147 K DZ =0.473 t= 473 304.0 K PD =0.143 11.3  I    1 I  kd  6.618  I    1  I kd  6.388  I    1  I kd  t= t= t= 2.687  I    1 I  kd  1.986  I    1  I kd  1.935  I    1  I kd  84 Luận văn Thạc Sĩ HV: Lê Thanh Sơn Cách làm tƣơng tự nhƣ ta có đƣợc số Chỉ số SARFIx SARFIx_cuver Hình 3.14 Tần suất sụt giảm điện áp trung bình hệ thống thay đổi thời gian cắt lắp máy cắt phân đoạn Hình 3.15 Tần suất lũy tiến sụt giảm điện áp trung bình hệ thống thay đổi thời gian cắt lắp máy cắt phân đoạn 85 Luận văn Thạc Sĩ HV: Lê Thanh Sơn Nhận xét: Khi bố trí máy cắt phân đoạn giảm thời gian loại trừ cố số SARFIx SARFIx_cuver loại ngắn mạch N(1,1) N(2) giảm nhiều nhiên tỷ lệ loại ngắn mạch chiếm nhỏ tổng số loại ngắn mạch Chỉ số SARFIx SARFIx_cuver hệ thống giảm không đáng kể kể 3.9 Đánh giá voltage sag theo tiêu SARFIx SARFIx_cuver xét lƣới có trung tính cách đất Do điều kiện lịch sử để lại, lƣới phân phối (trung áp) Việt Nam tồn nhiều cấp điện áp nhƣ 6, 10, 15, 22, 35kV Sự tồn nhiều cấp điện áp buộc phải sử dụng nhiều loại thiết bị với xuất xứ khác nhau, điều gây trở ngại vận hành khó thiết lập đƣợc chế độ làm việc kinh tế; thêm vào trình cải tạo quy hoạch gặp nhiều trở ngại thiếu tiêu, định mức hợp lý dẫn đến thiếu xác dự báo, lựa chọn thiết bị lãng phí vốn đầu tƣ, kèm theo trình gia tăng tổn thất, giảm chất lƣợng điện Quá trình chuyển đổi cấp điện áp phân phối khác sang 22kV theo “Bộ công thương, Quyết định số 149 NL/KHKT ngày 24 tháng năm 1993 việc chọn cấp điện áp chuẩn lưới trung áp cho toàn quốc 22kV, Hà Nội, 1993” thực theo lộ trình Lƣới 22kV lƣới trung tính nối đất trực tiếp, việc nghiên cứu ảnh hƣởng SAR theo tiêu SARFIx SARFIx_cuver xét lƣới trung tính cách điện yếu tố để so sánh từ định xem nên dùng phƣơng thức nối đất trực tiếp hay nối đất hiệu Nhận xét: Khi thay đổi kết cấu lƣới từ trung tính nối đất trực tiếp sang trung tính cách đất ngắn mạch pha dòng chạm đất dòng điện dung vào đất có giá trị bé, điện áp lại nút giảm sâu giá trị SARFIx SARFIx_cuver khoảng điện áp (0-0,1pu) tăng, loại ngắn mạch khác có giá trị không đổi giá trị SARFIx SARFIx_cuver hệ thống tăng khoảng (0-0,1pu) 86 Luận văn Thạc Sĩ HV: Lê Thanh Sơn Hình 3.16 Tần suất lũy tiến sụt giảm điện áp trung bình hệ thống lưới điện có trung tính đất 87 Luận văn Thạc Sĩ HV: Lê Thanh Sơn Bảng 3.28 Tổng hợp tiêu SARFIx SARFIx-curve trường hợp Bảng tổng hợp tần suất trung bình cố SARFI Điện áp SARFIx SARFIx-curve SARFIx -curveTĐĐT SARFIx - curve MCPĐ SARFIx - curve TĐĐT& MCPĐ SARFIx - curve TTCĐ 0-0,1pu 0,1-0,2pu 0,2-0,3pu 0,3-0,4pu 0,4-0,5pu 0,5-0,6pu 0,6-0,7pu 0,7-0,8pu 0,8-0,9pu 4.806 6.774 8.191 8.954 5.993 5.123 1.269 0.000 0.000 Điện áp SARFIx SARFIx-curve SARFIx -curveTĐĐT SARFIx - curve MCPĐ SARFIx - curve TĐĐT& MCPĐ SARFIx - curve TTCĐ