Nghiên cứu các vấn đề ảnh hưởng đến việc đánh giá chất lượng điện năng trong lưới phân phối

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VŨ QUANG ĐĂNG Vũ Quang Đăng HỆ THỐNG ĐIỆN NGHIÊN CỨU CÁC VẤN ĐỀ ẢNH HƯỞNG ĐẾN VIỆC ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG TRONG LƯỚI PHÂN PHỐI LUẬN VĂN THẠC SỸ HỆ THỐNG ĐIỆN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC KHÓA 2007-2009 TS Bạch Quốc Khánh Hà Nội - 2010 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Vũ Quang Đăng NGHIÊN CỨU CÁC VẤN ĐỀ ẢNH HƯỞNG ĐẾN VIỆC ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG TRONG LƯỚI PHÂN PHỐI Chuyên ngành: Hệ thống điện LUẬN VĂN THẠC SỸ HỆ THỐNG ĐIỆN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS Bạch Quốc Khánh Hà Nội - 2010 Trường đại học BKHN Nghiên cứu vấn đề ảnh hưởng đến việc đánh giá chất lượng điện lưới phân phối MỤC LỤC CHƯƠNG – TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG - SỤT ÁP 1.1 Giới thiệu chung 1.1.1 Các tượng, biểu liên quan đến chất lượng điện .7 1.1.2 Các vấn đề, ảnh hưởng chất lượng điện 1.1.3 Các giải pháp nâng cao chất lượng điện .8 1.1.4 Bảng nội dung thiết kế có xem xét vấn đề chất lượng điện .8 1.2 Sụt áp điện 1.2.1 Khái niệm chung sụt áp điện Trong lưới điện pha: i) biên độ sụt áp biên độ thấp pha so với điện áp danh định; ii) thời gian sụt áp khoảng thời gian sụt áp kéo dài pha .10 1.2.2 Vùng bị ảnh hưởng 12 1.2.3 Các biện pháp ngăn ngừa loại trừ cố sụt áp điện .12 1.2.3.1 Áp dụng phối hợp dòng 14 1.2.3.2 Lắp đặt cầu chì 15 1.2.3.3 Lắp đặt cầu chì giới hạn dòng điện 15 1.2.3.4 Bố trí thiết bị tự động đóng lại 15 1.2.3.5 Tăng cường phân đoạn 16 1.2.3.6 Lắp đặt thêm thiết bị tự động đóng lại điểm dọc đường dây 16 1.2.3.7 Chỉ ngắt pha bị cố thay ngắt pha 17 1.2.3.8 Thay đổi đường đặc tính thiết bị bảo vệ để phù hợp với điều kiện hệ thống điện 17 1.3 Kết luận 17 CHƯƠNG – SỤT ÁP VÀ CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ 18 2.1 Các tiêu đánh giá độ tin cậy cung cấp điện lưới phân phối 18 2.1.1 Tần suất điện trung bình - SAIFI 18 2.1.2 Thời gian điện trung bình- SAIDI 18 2.1.3 Tần suất khách hàng bị điện trung bình- CAIFI .18 2.1.4 Thời gian trung bình khách hàng bị điện- CAIDI 19 2.1.5 Mức độ sẵn sàng trung bình hệ thống -ASAI 19 2.2 Các tiêu đánh giá sụt áp lưới phân phối 19 2.2.1 SARFI – Tần suất biến thiên điện áp trung bình 19 2.2.1.1 Chỉ số SARFIx 20 2.2.1.2 Đường cong SARFI .21 2.2.2 ASIDI – Thời gian điện trung bình 25 2.3 Kết luận 26 CHƯƠNG – MÔ HÌNH TÍNH TOÁN SỤT ÁP TRÊN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 27 3.1 Thông tin sụt áp lưới điện khứ 27 3.2 Mô phân bố cố .28 3.3 Sơ đồ khối tính toán sụt áp lưới phân phối 29 3.4 Kết luận 30 CHƯƠNG – TÍNH TOÁN SỤT ÁP TRÊN LƯỚI PHÂN PHỐI CÓ XÉT ĐẾN TÁC ĐỘNG CỦA THIẾT BỊ BẢO VỆ 31 4.1 Lưới điện nghiên cứu .31 4.2 Thông số vận hành chế độ xác lập .37 4.3 Sụt áp số SARFIX trạm E17 lưới trung tính cách đất – đặc tính bảo vệ dốc 38 4.3.1 Sụt áp SARFIx xảy ngắn mạch MBA phân phối lộ 474 .39 4.3.1.1 Sụt áp ngắn mạch nút 27 39 Trang Trường đại học BKHN Nghiên cứu vấn đề ảnh hưởng đến việc đánh giá chất lượng điện lưới phân phối 4.3.1.1.1 Ngắn mạch pha nút 27 39 4.3.1.1.2 Ngắn mạch pha chạm đất nút 27 44 2.3.1.1.3 Ngắn mạch pha nút 27 .48 4.3.1.1.4 Ngắn mạch pha nút 27 53 4.3.1.1.5 Tổng hợp sụt áp SARFIx nút 27 .57 4.3.1.2 Tổng hợp SARFIx trạm E17 xảy NM MBA phân phối 58 4.3.2 Sụt áp số SARFIx xảy NM đoạn đường dây lộ 474 59 4.3.3 Sụt áp số SARFIx toàn trạm E17 .61 4.4 Sụt áp số SARFIcurve trạm E17 - lưới trung tính cách đất – đặc tính bảo vệ dốc .62 4.4.1 Sụt áp SARFIcurve trạm E17 NM đoạn đường dây 474 63 4.4.2 Sụt áp SARFIcurve trạm E17 NM MBA phân phối đoạn đường dây 474 70 4.4.3 Sụt áp số SARFIcurve toàn trạm E17 71 CHƯƠNG – TÍNH TOÁN SỤT ÁP TRONG TOÀN TRẠM E17 KHI XẢY RA NGẮN MẠCH TRONG LỘ 474 - THAY ĐỔI ĐỘ DỐC ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH - THAY ĐỔI PHƯƠNG THỨC NỐI ĐẤT CỦA MBA 73 5.1 Sụt áp số SARFIcurve toàn trạm E17 thay đổi độ dốc đường đặc tính 73 5.2 Sụt áp số SARFI curve toàn trạm lưới điện nối đất trung tính 75 5.3 Tổng kết nhận xét 76 Tóm tắt 79 Abstract 80 Danh mục tham khảo 81               Trang Trường đại học BKHN Nghiên cứu vấn đề ảnh hưởng đến việc đánh giá chất lượng điện lưới phân phối   MỞ ĐẦU Trong công công nghiệp hóa, đại hóa đất nước nay, điện nguồn lực quan trọng để thực nhiệm vụ này: Điện – đường – trường – trạm Xét khía cạnh thị trường, điện hàng hóa mà toàn dân có nhu cầu sử dụng sử dụng hàng ngày Đã hàng hóa mua bán cần phải tuân theo đảm bảo yêu cầu chất lượng Tuy nhiên tồn nhiều định nghĩa chất lượng điện mà định nghĩa lại xây dựng theo tiêu chí khác đối tượng quan tâm đến chất lượng điện như: công ty điện lực, khách hàng sử dụng điện, nhà sản xuất thiết bị, Như chất lượng điện vấn đề hoàn toàn xem xét hướng theo người “sử dụng cuối cùng” Trong luận văn này, Chất lượng điện xem xét theo tiêu chí “Các vấn chất lượng điện năng”: “Bất vấn đề điện biểu thị qua sai lệch điện áp, dòng điện tần số dẫn đến thiết bị sử dụng điện khách hàng bị hỏng hóc hoạt động không xác” [4] Để hoàn thành luận văn này, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn hướng dẫn, bảo tận tình thầy giáo TS Bạch Quốc Khánh thầy cô môn Hệ thống điện – Khoa Điện – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp tạo điều kiện thuận lợi có đóng góp quý báu Do thời gian có hạn, vấn đề nghiên cứu Việt Nam, chắn luận văn nhiều thiếu sót, hạn chế Tác giả mong nhận góp ý thầy cô, bạn bè để hướng nghiên cứu sau tốt Xin trân trọng cảm ơn! Trang Trường đại học BKHN Nghiên cứu vấn đề ảnh hưởng đến việc đánh giá chất lượng điện lưới phân phối   CHƯƠNG – TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG - SỤT ÁP 1.1 Giới thiệu chung Trong công công nghiệp hóa, đại hóa đất nước nay, điện nguồn lực quan trọng để thực nhiệm vụ này: Điện – đường – trường – trạm Xét khía cạnh thị trường, điện hàng hóa mà toàn dân có nhu cầu sử dụng sử dụng hàng ngày Đã hàng hóa mua bán cần phải tuân theo đảm bảo yêu cầu chất lượng Tuy nhiên tồn nhiều định nghĩa chất lượng điện mà định nghĩa lại xây dựng theo tiêu chí khác đối tượng quan tâm đến chất lượng điện như: công ty điện lực, khách hàng sử dụng điện, nhà sản xuất thiết bị, Như chất lượng điện vấn đề hoàn toàn xem xét hướng theo người “sử dụng cuối cùng” Tại Việt Nam, chất lượng điện luật hóa Điều 26 Luật điện lực sau: “Đơn vị phát điện, truyền tải điện, phân phối điện phải bảo đảm điện áp, tần số dòng điện phù hợp với Tiêu chuẩn Việt Nam, công suất, điện thời gian cung cấp điện theo hợp đồng Trường hợp không bảo đảm tiêu chuẩn điện áp, tần số dòng điện, công suất, điện thời gian cung cấp điện theo hợp đồng ký mà gây thiệt hại cho bên mua điện bên bán điện phải bồi thường cho bên mua điện theo quy định pháp luật Bên mua điện có trách nhiệm bảo đảm trang thiết bị sử dụng điện hoạt động an toàn để không gây cố cho hệ thống điện, không làm ảnh hưởng đến chất lượng điện áp lưới điện” [1] Quy đinh hiểu sau: “Độ sai lệch cho phép điện áp, tần số dòng điện danh định, sóng hài thời gian có điện gọi chất lượng điện năng” Điện sử dụng sản xuất, sinh hoạt nói chung đòi hỏi phải đáp ứng độ sai lệch cho phép điện áp, tần số dòng điện Chất lượng điện phụ thuộc vào công nghệ phát điện (như hệ số công suất khả phát công suất phản kháng, số Trang Trường đại học BKHN Nghiên cứu vấn đề ảnh hưởng đến việc đánh giá chất lượng điện lưới phân phối cực tính năng, kích thích máy phát điện), truyền tải điện (như tiết diện dây dẫn, chiều dài tải điện, công suất máy biến áp, bù công suất phản kháng) mà phụ thuộc vào thiết bị sử dụng điện (như luyện thép lò điện, loại động chạy điện,…) [1] Trong luận văn này, Chất lượng điện xem xét theo tiêu chí “Các vấn chất lượng điện năng”: “Bất vấn đề điện biểu thị qua sai lệch điện áp, dòng điện tần số dẫn đến thiết bị sử dụng điện khách hàng bị hỏng hóc hoạt động không xác” [4] 1.1.1 Các tượng, biểu liên quan đến chất lượng điện Chất lượng điện biểu thị tượng khác Sau biểu chính: i) Sóng hài; ii) Mất điện thời gian ngắn (1 phút); iv) Sóng sụt điện áp sóng tăng điện áp; v) Quá độ điện áp, áp (đóng cắt, sét); vi) Chập chờn; vii) Mất cân điện áp; viii) Giá trị/biên độ điện áp (thấp áp tăng áp lâu dài)); ix) Nối đất tương thích điện từ Trong phần nghiên cứu tập trung vào hai biểu quan trọng chất lượng điện sụt áp điện 1.1.2 Các vấn đề, ảnh hưởng chất lượng điện Khi chất lượng điện không đảm bảo gây mức độ ảnh hưởng khác khách hàng sử dụng điện Trong có số loại ảnh hưởng sau đây: i) Cắt nhầm máy cắt thiết bị bảo vệ theo dòng rò; ii) Tắt máy tính; iii) Gây hỏng máy tính thiết bị điện tử; iv) Mất liệu; v) Chập chờn, nhấp nháy mờ ánh sáng; vi) Mất đồng thiết bị xử lý; vii) Gây cố cho động thiết bị trình; viii) Hỏng cho động thiết bị trình; ix) Nhiễu âm đường dây thông tin; x) Các rơ le công tắc tơ tác động nhầm; xi) Phát nóng MBA dây cáp Trang Trường đại học BKHN Nghiên cứu vấn đề ảnh hưởng đến việc đánh giá chất lượng điện lưới phân phối 1.1.3 Các giải pháp nâng cao chất lượng điện Để nâng cao chất lượng điện có nhiều biện pháp khác Mỗi biện pháp có ưu nhược điểm khác phù hợp với khách hàng, thiết bị điện Trong nghiên cứu Viện Đồng Châu Âu (European Copper Institute) 1.400 địa điểm quốc gia cho thấy có 50% khách hàng sử dụng điện áp dụng biện pháp: bảo vệ xung tăng áp, lưu điện (UPS) đo lường giá trị hiệu dụng Từ nhận định biện pháp hữu hiệu Châu Âu để nâng cao chất lượng điện Bảo vệ xung tăng áp Bộ lưu điện (UPS) Đo lường giá trị hiệu dụng Giảm số lượng TBĐ Các mạch điện chuyên dụng Mắc lại đường dây điện Hệ thống nối đất dạng mắt lưới Bộ lọc thụ động Bộ lọc điều chỉnh tích cực Dây trung tính dây nối đất riêng biệt Dây trung tính có kích thước dây pha Hình 1.1 – Các biện pháp nhằm nâng cao chất lượng điện áp 1.1.4 Bảng nội dung thiết kế có xem xét vấn đề chất lượng điện Như trình bày để có chất lượng điện tốt cần phải xem xét từ khâu thiết kế ban đầu Nhờ tránh phải tiến hành sửa chữa, nâng cấp, cải tạo, thay đổi thiết kế sau vừa tốn hiệu lại không cao Sau bảng khuyến nghị khía cạnh mà cán thiết kế cần lưu tâm thiết kế hệ thống điện để đảm bảo chất lượng điện [6]:   Trang Trường đại học BKHN Nghiên cứu vấn đề ảnh hưởng đến việc đánh giá chất lượng điện lưới phân phối Bảng 1.1 – Các nội dung thiết kế xét yếu tố chất lượng điện 1.2 Sụt áp điện 1.2.1 Khái niệm chung sụt áp điện Hai tượng điển hình, phổ biến liên quan đến chất lượng điện sụt áp điện, cố hệ thống điện hoạt động đóng cắt để cách ly vùng cố Biểu của sụt áp điện biên độ điện áp nằm dải điện áp làm việc bình thường [4] Sụt áp (voltage sag) tượng có biên độ điện áp hay dòng điện tần số định mức giảm giá trị hiệu dụng (rms) khoảng thời gian từ 0,5 chu kì đến phút Hai đặc tính đặc trưng sụt áp biên độ sụt áp khoảng thời gian sụt áp Biên độ sụt áp giá trị hiệu dụng (rms) điện áp xảy sụt áp tính phần trăm điện áp danh định Ví dụ nói sụt áp 75% lưới điện 35 kV tức điện áp xảy sụt áp 26,25 kV Thời gian sụt áp khoảng thời gian mà biên độ điện áp giảm xuống thấp điện áp ngưỡng 90% điện áp danh định Trang Trường đại học BKHN Nghiên cứu vấn đề ảnh hưởng đến việc đánh giá chất lượng điện lưới phân phối Trong lưới điện pha: i) biên độ sụt áp biên độ thấp pha so với điện áp danh định; ii) thời gian sụt áp khoảng thời gian sụt áp kéo dài pha       Hình 1.2 – Sụt áp hệ thống điện mạch kép Hình 1.3 – Biểu diễn trình sụt áp đến mạch bị ngắn mạch loại trừ cố Như thể hình minh họa sụt áp mạch kép mạch bị cố, trình sụt áp diễn 0,05 giây với điện áp vượt dải làm việc bình thường biên độ điện áp thấp 65,8% điện áp định mức Hình 1.3 mô tả trình từ lưới điện hoạt động bình thường đến điện xảy ngắn mạch Lưới điện bị điện tạm thời khoảng thời gian 4,983 giây biên độ điện áp thấp 8,72% điện áp định mức Sau cố bị loại trừ, điện áp nằm dải hoạt động cho phép Như thấy hai trường hợp biện độ điện áp bị thấp nhiều điện áp định mức tức chất lượng điện không đảm bảo thiết bị điện hoạt động thiếu xác Sụt áp tức thời diễn thời gian ngắn (0,01-3 giây) cố hệ thống điện phụ tải lớn khởi động Sụt áp tượng biên độ điện áp nằm dải cho phép biên độ điện áp giảm không (zero) Sụt áp thoáng qua diễn 3-5 giây Sụt áp tạm thời diễn giây 1,0 phút hoạt động Công ty điện lực xử lý cố thoảng qua Trang 10 Nghiên cứu vấn đề ảnh hưởng đến việc đánh giá chất lượng điện lưới phân phối Trường đại học BKHN Tần suất sụt giảm điện áp trạm E17 Nút 0-10% 10-20% 20-30% 30-40% 40-50% 50-60% 60-70% 70-80% 80-90% 23 0.4158 0.0000 0.0000 0.0000 0.0048 0.0276 0.0864 0.0000 0.0000 24 0.2052 0.0084 0.0363 0.0380 0.0694 0.0693 0.0144 0.0936 0.0000 25 0.3908 0.0356 0.0318 0.0301 0.0452 0.0659 0.1080 0.0000 0.0000 26 0.2052 0.0384 0.0114 0.0545 0.0512 0.0659 0.1080 0.0000 0.0000 27 0.4158 0.0000 0.0000 0.0000 0.0048 0.0276 0.0000 0.0864 0.0000 28 0.1908 0.0228 0.0414 0.0295 0.0728 0.0693 0.1008 0.0072 0.0000 29 0.1908 0.0228 0.0363 0.0346 0.0728 0.0615 0.0222 0.0936 0.0000 30 0.4158 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0252 0.0072 0.0864 0.0000 31 0.1731 0.0321 0.0384 0.0342 0.0717 0.0681 0.0234 0.0936 0.0000 32 0.1278 0.0630 0.0240 0.0414 0.0717 0.0753 0.0234 0.1080 0.0000 33 0.4158 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0048 0.0276 0.0864 0.0000 34 0.0999 0.0295 0.0630 0.0575 0.0512 0.0644 0.0611 0.1080 0.0000 35 0.0936 0.0342 0.0646 0.0575 0.0506 0.0650 0.0611 0.1080 0.0000 36 0.0936 0.0358 0.0630 0.0575 0.0506 0.0650 0.0611 0.1080 0.0000 37 0.4158 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0048 0.0276 0.0864 0.0000 38 0.0936 0.0291 0.0393 0.0579 0.0544 0.0684 0.0839 0.1080 0.0000 39 0.4158 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0048 0.0276 0.0864 0.0000 40 0.4158 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 0.0048 0.0276 0.0864 0.0000 41 0.0868 0.0347 0.0405 0.0528 0.0504 0.0723 0.0891 0.1080 0.0000 42 0.0580 0.0419 0.0621 0.0528 0.0512 0.0733 0.0873 0.1080 0.0000 11.0673 1.4741 1.3568 1.3162 1.8833 1.9132 1.7827 1.5624 0.0000 0.2050 0.0273 0.0251 0.0244 0.0349 0.0354 0.0330 0.0289 0.0000 Tổng SARFIx