GIẢI PHÁP XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỆN TRUYỀN TẢI LINH HOẠT

GIẢI PHÁP XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỆN TRUYỀN TẢI LINH HOẠT Nguyễn Mạnh Cường Viện Năng lượng, Bộ Công Thương TĨM TẮT Quy mơ Hệ thống điện (HTĐ) Việt Nam có phát triển ấn tượng hai thập kỷ vừa qua Nếu năm 2000, sản lượng tiêu thụ điện Việt Nam 22 tỷ kWh, đứng thứ 58 giới, đến năm 2016 đạt 159 tỷ kWh, vượt 23 bậc lên xếp thứ 25/196 quốc gia Xét quy mơ Châu Á Việt Nam đứng thứ 10/40 nước sản lượng tiêu thụ điện Để đáp ứng nhu cầu phụ tải, HTĐ truyền tải 500-220 kV Việt Nam có phát triển ngoạn mục So với năm 2000, công suất Trạm biến áp (TBA) truyền tải tăng lần, chiều dài đường dây truyền tải tăng lần Tuy nhiên, gia tăng nhanh chóng quy mơ làm cho lưới truyền tải Việt Nam phải đối mặt với nhiều vấn đề nan giải như: dòng điện ngắn mạch tăng dần theo năm vượt mức dòng cắt cho phép thiết bị; tiêu chí N-1 lưới điện chưa đạt (hiện đáp ứng khoảng 80%) [1]; điện áp cao điện áp thấp ngưỡng cho phép xuất thường xuyên; vấn đề ổn định dao động đe dọa thường trực tới vận hành HTĐ, Bài viết tập trung vào giải pháp nâng cao độ an toàn, tin cậy ổn định vận hành hệ thống điện dựa quan điểm cần xây dựng hệ thống điện truyền tải có tính linh hoạt cao Tính linh hoạt HTĐ cần phải thể rõ nét khâu: (i) Quy hoạch phát triển Hệ thống điện; (ii) Thiết kế Trạm biến áp Đường dây tải điện; (iii) Xây dựng hệ thống điện truyền tải thông minh; (iv) sử dụng thiết bị truyền tải điện linh hoạt FACTS ĐẶT VẤN ĐỀ Kể từ sau Đổi (1986), kinh tế phát triển, mức sống người dân cải thiện kéo theo nhu cầu tiêu thụ điện tăng liên tục (biểu đồ hình 1) Nếu năm 1990, tổng sản lượng điện thương phẩm nước đạt tỷ kWh năm 2000 lên đến 22 tỷ kWh năm 2016 158 tỷ kWh [2], [3], [4] Tương ứng, công suất cực đại Pmax tăng từ 2.533MW năm 1990 lên 4.983 MW năm 2000 đạt 28.302 MW năm 2016 [5] 45000 Nhập MW 40000 Năng lượng tái tạo 35000 TĐ Tích 30000 NĐ Dầu 25000 Bua bin khí NĐ Than 20000 Thủy điện 15000 Pmax 10000 5000 2016 2015 2014 2013 2012 2011 2010 2009 2008 2007 2006 2005 2004 2003 2002 2001 2000 1999 Hình 1: Cơng suất đặt phụ tải đỉnh (Pmax) tồn quốc giai đoạn 1990-2016 Nếu xét phạm vi toàn giới tiêu thụ điện, Hệ thống điện Việt Nam phát triển quy mô lớn, xếp thứ 25/196 quốc gia Còn xét phạm vi Châu Á HTĐ Việt Nam đứng thứ 10/40 nước (hình 2,3) [6], [7] Hình 2: Tương quan sản lượng tiêu thụ điện (2015) nước giới [7] Điện thương phẩm nước giới (TWh) (2015) Trung Quốc Mỹ Nga Nhật Bản Ấn Độ Đức Canada Brazil Hàn Quốc Pháp Anh Ý Tây Ban Nha Đài Loan Nam Phi Mexico Iran Úc Indonesia Saudi Arabia Ukraine Thổ Nhĩ Kỳ Thái Lan Ba Lan Việt nam Thụy Điển Ai Cập Na uy Hà Lan Malaysia Argentina Kazakhstan United Arab Emirates Venezuela Bỉ Phần Lan Cộng Hòa Séc Pakistan Áo Philippines Thụy Sĩ Iraq Hy Lạp Chi Lê Romania Bồ Đào Nha Israel Kuwait Uzbekistan Singapore Xếp thứ 25 giới Điện thương phẩm nước Châu Á (TWh) 2015 Trung Quốc Nhật Bản Ấn Độ Hàn Quốc Đài Loan Iran Indonesia Saudi Arabia Thái Lan Việt nam Malaysia United Arab… Pakistan Philippines Iraq Israel Kuwait Singapore Hồng Kông Bangladesh Syria Libya Qatar Triều Tiên Oman Lebanon Jordan Bahrain Sri Lanka Burma Yemen Mongolia ,0 ,0 Xếp thứ 10 Châu Á 2,000 4,000 6,000 1,000 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000 Hình 3: Xếp hạng quy mô HTĐ Việt Nam so với Thế giới Châu Á Nếu tăng trưởng GDP Việt Nam ấn tượng giai đoạn 2000-2016 tăng trưởng tiêu thụ điện ấn tượng nhiều với mức tăng trung bình 12,8%/năm (gấp khoảng lần tăng trưởng GDP) Xếp hạng tiêu thụ điện Việt Nam tăng từ vị trí thứ 19 (năm 2000) lên đứng thứ 10 Châu Á năm 2015 Trong 15 năm, Việt Nam vượt qua nhiều nước sản lượng điện tiêu thụ như: Singapore, Kuwait, Iraq, Triều Tiên, Isarel, Hồng Kông (TQ), Philippine, Malaysia, Pakistan Các khủng hoảng tiền tệ Châu Á (19972000), khủng khoảng tài giới (2008-2009) suy thối kinh tế tồn cầu (20102012) khơng ảnh hưởng nhiều đến tốc độ tăng trưởng điện thương phẩm Việt Nam Tăng trưởng điện thương phẩm có dạng tuyến tính chưa có dấu hiệu bão hòa Tuy nhiên, hiệu suất sử dụng điện cho phát triển kinh tế chưa cao Từ đồ thị so sánh tương quan tăng trưởng GDP tăng trưởng điện thương phẩm, 10 năm gần đây, để GDP tăng 1% điện tiêu thụ phải tăng ~ 2% Đối với nước khác khu vực Thái Lan, Malaysia, tỷ lệ ~ Nhiều nước giới (ví dụ: Nhật Bản), GDP tăng nhu cầu tiêu thụ điện lại có xu hướng giảm (do tiết kiệm lượng dịch chuyển sản xuất nước ngồi), hệ số đàn hồi Điện/GDP có giá trị âm Việc nhu cầu điện tăng cao gấp lần tốc độ tăng trưởng kinh tế dẫn tới hệ đầu tư cho nguồn điện mạng lưới truyền tải 220-500 kV quốc gia phải tăng cao tương ứng với nhu cầu điện Những số liệu gia tăng phụ tải giai đoạn 27 năm qua phản ánh phần thay đổi “lượng” HTĐ Đứng sau số ấn tượng nỗ lực lớn hệ thống trị, Bộ, nghành ngành điện nhằm cung cấp đủ nguồn điện, xây dựng hệ thống truyền tải, phân phối rộng khắp để đưa dòng điện cách an tồn tin cậy tới gia đình, quan, nhà máy xí nghiệp Bài viết quan tâm đến lĩnh vực truyền tải điện, tính linh hoạt lưới truyền tải, sâu tìm hiểu phân tích hệ thống truyền tải Hệ thống nguồn điện, lưới phân phối trung hạ áp, cấu phụ tải bàn luận viết khác Hệ thống truyền tải điện 500-220 kV đóng vai trò huyết mạch, mang dòng điện tới miền tổ quốc Theo lý thuyết, công suất lớn, khoảng cách truyền tải xa điện áp truyền tải phải cao để giảm tổn thất điện năng, giảm tổn thất điện áp nâng cao ổn định hệ thống điện Để đáp ứng nhu cầu truyền tải gia tăng từ 2.796 MW (Pmax năm 1995) lên 28.302 MW (Pmax năm 2016), hệ thống truyền tải cao áp (220 kV) siêu cao áp (500 kV) đời khơng ngừng phát triển (hình 6) Năm 1995 đánh dấu thời điểm lịch sử lĩnh vực truyền tải đưa vào vận hành thành công đường dây 500 kV đầu tiên, chiều dài 1500 km, nối liền thủy điện Hòa Bình với trạm Phú Lâm (TP Hồ Chí Minh), đáp ứng kịp thời nhu cầu điện gia tăng nhanh chóng Miền Nam [7] Tổng cơng suất TBA truyền tải qua năm Chiều dài ĐZ truyền tải qua năm 16000 45000 40000 14000 TBA 500kV 35000 ĐZ 220 kV 10000 km MVA 25000 ĐZ 500 kV 12000 TBA 220kV 30000 8000 20000 6000 15000 4000 10000 2015 2014 2013 2012 2011 2010 2009 2008 2007 2006 2005 2004 2003 2002 2001 2000 1999 1998 1997 1996 1995 2000 1994 5000 Hình Quy mơ TBA đường dây truyền tải 220-500 kV Việt Nam giai đoạn 1994-2015 Tổng công suất TBA truyền tải 500/220 kV, 220/110 kVnăm 2016 đạt 71.640 MVA, tổng số km đường dây 220 kV & 500 kV 23.935 km [5] So với năm 1995, quy mô lưới truyền tải Việt Nam tăng 11,5 lần khối lượng trạm biến áp, tăng 6,7 lần quy mô đường dây tải điện (hình 6) Sự gia tăng nhanh chóng quy mơ lưới truyền tải đáp ứng tốt nhu cầu truyền tải điện ngày cao Từ năm 2008 đến 2015 (kể từ thành lập Tổng công ty Truyền tải điện quốc gia EVNNPT), lưới điện 500-220 kV cung cấp cho tổng công ty phân phối với sản lượng lỹ kế 790 tỷ kWh, chiếm 96,8% tổng điện thương phẩm (hình 7) [7] 160000 100% Sản lượng tr.tải (GWh) 140000 80% 120000 100000 60% 80000 40% 60000 20% 40000 Từ lưới phân phối 110 kV 2015 2014 2013 2012 2011 2010 2008 2015 2014 2013 2012 2011 2010 2009 2008 2009 0% 20000 Sản lượng tr.tải (GWh) Hình Sản lượng điện truyền tải năm 2008-2015 Tuy nhiên, với gia tăng quy mơ vấn đề kỹ thuật nan giải hệ thống điện lớn dần bộc lộ lưới truyền tải Việt Nam Có thể kể vấn đề như: (i) Hệ thống truyền tải vận hành nặng nề tải, chưa đáp ứng tiêu chí N-1 [1]; (ii) Dòng ngắn mạch ngày có xu hướng gia tăng, vượt khả chịu đựng thiết bị; (iii) Sự đa chủng loại thiết bị dẫn tới khó khăn cho cơng tác vận hành sửa chữa bảo dưỡng; (iv) Khả kết nối thông tin SCADA/EMS, bảo vệ, điều khiển tự động nhiều hạn chế Ngồi ra, nhiều vấn đề khác lưới truyền tải quan tâm cải thiện như: độ tin cậy lưới truyền tải chưa cao; điện áp cao điện áp thấp ngưỡng cho phép xuất thường xuyên; tổn thất cao truyền tải xa (nguồn Miền Bắc phải truyền tải vào Nam ngược lại); suất cố lưới cao (nhất cố dông sét); vấn đề suất lao động thấp; trạm biến áp khơng người trực chưa nhiều; khó khăn đầu tư xây LTT thủ tục đền bù đất công tác chuẩn bị đầu tư kéo dài; phối hợp vận hành đầu tư lưới truyền tải, lưới phân phối 110 kV nhà máy điện chưa đồng bộ, Qua tìm hiểu tài liệu kỹ thuật, báo cáo vấn chuyên gia hàng đầu ngành điện [7], tìm nhiều nguyên nhân dẫn tới tình trạng kể lưới truyền tải Tuy nhiên, nguyên nhân bao trùm Tính linh hoạt lưới truyền tải thấp Tính linh hoạt lưới truyền tải gần cấp quản lý quan tâm nhắc đến định 428/QĐ-TTg phê duyệt Điều chỉnh Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia [8], [9]: “Xây dựng hệ thống lưới điện vận hành linh hoạt, khả tự động hóa cao từ khâu truyền tải đến khâu phân phối” Đối với lưới truyền tải điện, tính linh hoạt khả LTT đáp ứng thay đổi phương thức vận hành đối phó với khơng chắn nguồn điện – phụ tải mà đảm bảo yêu cầu kỹ thuật với mức chi phí hợp lý, khung thời gian khác [10], [11] Hệ thống điện truyền tải Việt Nam “cứng” Cơ quan điều độ HTĐ (A0) khơng có nhiều lựa chọn lập phương thức vận hành khác để thực công tác sửa chữa, bảo dưỡng thiết bị, cắt điện thi công, khắc phục cố - khôi phục cấp điện, huy động tối ưu nguồn, tách lưới giảm dòng ngắn mạch, Ở thời điểm nắng nóng, phụ tải tăng đột biến khó để san tải trạm biến áp Do đó, cải thiện tính linh hoạt lưới truyền tải nhu cầu cấp thiết Bài viết đề xuất giải pháp để cải thiện tính linh hoạt lưới truyền tải điện Việt Nam thời gian tới, là: (i) tính linh hoạt LTT cần quan tâm từ khâu quy hoạch; (i) tính linh hoạt phải thể thiết kế đường dây trạm biến áp truyền tải; (iii) xây dựng hệ thống điện thông minh; (iv) sử dụng thiết bị truyền tải linh hoạt FACTS Phần trình bày tiếp sau làm rõ bốn luận điểm TÍNH LINH HOẠT CỦA LƯỚI TRUYỀN TẢI ĐIỆN CẦN ĐƯỢC QUAN TÂM NGAY TỪ KHÂU QUY HOẠCH Theo Luật Điện lực, dự án ĐZ TBA truyền tải phải đầu tư theo quy hoạch phát triển điện lực (QH PTĐL) duyệt [12] Các quy hoạch PTĐL thường phải dự báo phụ tải, chương trình phát triển nguồn điện chương trình phát triển lưới điện (bao gồm đường dây tải điện TBA) khoảng thời gian từ 10 đến 20 năm tới Do đó, cấu trúc lưới điện truyền tải thường định hình từ khâu quy hoạch Khảo sát diễn biến phụ tải thực tế HTĐ Việt Nam giai đoạn 2000-2016 so sánh với dự báo phụ tải QHĐ quốc gia (còn gọi Tổng sơ đồ điện - TSĐ) giai đoạn 5,6,7, thể hình vẽ 350000 300000 250000 QHĐ5 QHĐ6 QHĐ7 GWh QHĐ7ĐC 200000 Thực tế 150000 100000 50000 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 Hình 8: Phụ tải (điện thương phẩm) thực tế dự báo QHĐ5,6,7,7ĐC Từ hình 8, nhận thấy dự báo phụ tải QHĐ quốc gia tương đối sát với thực tế (trừ QHĐ5 dự báo tương đối thấp nên năm 2002 phủ phải lập TSĐ5 hiệu chỉnh) Dự báo tương đối xác phụ tải đầu vào thuận lợi để xây dựng chuơng trình phát triển nguồn lưới điện Tương ứng với gia tăng phụ tải, nguồn điện cần liên tục xây để đảm bảo độ tin cậy ổn định vận hành HTĐ Điểm yếu lớn triển khai thực QHĐ quốc gia phát triển nguồn thực tế bị cân đối miền, triết lý chung QHĐ nguồn điện phát triển chỗ, cung cấp chủ yếu cho phụ tải địa phương, tránh truyền tải xa Sự cân đối đầu tư nguồn điện miền Bắc – Trung – Nam thể biểu đồ hình Cơng suất nguồn tăng thêm Miền 4000 Miền Bắc 3500 Miền Trung 3000 Miền Nam MW 2500 2000 1500 1000 500 2016 2015 2014 2013 2012 2011 2010 2009 2008 2007 2006 2005 2004 2003 2002 2001 2000 Hình 9: Cơng suất nguồn điện xây Miền giai đoạn 2000-2016 Trong giai đoạn 17 năm (2000-2016), nguồn điện Miền Bắc gia tăng 18,9 GW, Miền Trung tăng 6,2 GW Miền Nam tăng 8,8 GW Trong đó, phụ tải ba miền Bắc, Trung, Nam tăng tương ứng 10,9 GW, 2,6 GW 11,2 GW Như vậy, có cân đối nghiêm trọng việc đầu tư nguồn miền, dẫn tới vận hành nặng nề lưới truyền tải liên kết 500 kV Bắc – Nam Với tình trạng mang tải căng thẳng lưới điện khó có linh hoạt vận hành, tiến hành công tác sửa chữa bảo dưỡng, cắt điện thi công Đồng thời, hệ thống điện miền Nam có độ dự thấp, dễ bị điện diện rộng xảy cố ĐZ liên kết miền (sự cố mạch 500 kV Di Linh – Tân Định ngày 22/5/2013 ví dụ điển hình, gây điện 22 tỉnh miền Nam phần lớn thủ đô Phnôm Pênh Cambodia) Sự chậm trễ triển khai xây dựng nguồn điện miền Nam mổ xẻ ln tìm nguyên nhân chủ quan khách quan như: thủ tục chuẩn bị đầu tư kéo dài, vấn đề môi trường, nguồn nước, cảng biển, vốn, Nhưng đứng quan điểm chủ đầu tư rõ ràng, theo quy định hành, chủ đầu tư khơng nhìn thấy khác biệt lợi ích đầu tư nguồn miền Bắc miền Nam Do đó, nguồn nhiệt điện miền Bắc với điều kiện địa chất cảng nước sâu thuận lợi hấp dẫn nhà đầu tư nhiều so với vị trí miền Tây Nam Đây nguyên nhân chiến lược gây chậm trễ nguồn điện miền Nam Hệ tình trạng lưới truyền tải, vốn thiết kế theo triết lý phát triển hài hòa nguồn – tải miền, không đủ khả truyền tải hết cơng suất dơi dư khoảng cách hàng nghìn km Thực tế năm 2017, ngành điện đề xuất xây dựng thêm đường dây liên kết 500 kV Bắc – Nam (ngoài QHĐ7ĐC) để tải thêm điện từ Bắc vào Nam xuất phát điểm từ nguyên nhân kể Nếu tình trạng đầu tư nguồn cân đối Bắc – Nam tiếp tục diễn năm tới, có thêm 02 mạch liên kết Bắc – Nam không cải thiện tính linh hoạt lưới truyền tải (bởi ĐZ có xu hướng tải cao thời gian dài) Do đó, ngắn hạn, để giúp phát triển hài hòa nguồn điện miền, việc quy hoạch nguồn hợp lý, nhà nước cần ban hành thêm sách khuyến khích, hỗ trợ dự án nguồn điện có vị trí khơng thuận lợi miền Nam, đồng thời đưa khuyến cáo giới hạn việc phát triển nguồn miền lại Trong cơng tác quy hoạch thiết kế hệ thống lưới truyền tải 500-220 kV (thậm chí lưới 110 kV quy hoạch hợp phần lưới điện tỉnh thành phố), thường đưa tiêu chí mang tải máy biến áp khoảng 75% Thực tế, hệ số tải trung bình TBA 220/110 kV 10 năm gần ln đạt khoảng 70-80% (hình 10), quy hoạch Theo đánh giá chuyên gia quốc tế [13], mang tải MBA cần đạt mức 50% trở xuống để đảm bảo tiêu chí N-1 LTT Lưới truyền tải Bỉ Đức thiết kế theo tiêu chí này, mang tải ĐZ TBA mức thấp so với Việt Nam Hệ số tải trung bình trạm 220/110 kV 2015 2014 2013 2012 2011 2010 2009 2008 2007 2006 2005 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Hình 10: Diễn biến hệ số tải trung bình TBA 220/110 kV Đối với HTĐ có quy mô lớn, lưới điện phân phối 110 kV, 35 kV, 22 kV có xu hướng vận hành hình tia Do đó, việc thiết kế TBA 220 kV gồm hai máy biến áp có mức tải 50% trở xuống giúp đảm bảo độ tin cậy cấp điện, không gây điện cố máy biến áp, cải thiện hệ số SAIDI, SAIFI hệ thống Công tác sửa chữa, bảo dưỡng dễ dàng nhiều không bị áp lực thời gian xử lý cố, thời gian nghỉ bảo dưỡng thiết bị Vì vậy, tiêu chí mang tải 50% cần xem xét quy hoạch thiết kế lưới truyền tải Việt Nam giai đoạn tới Để đạt tiêu chí 50% này, xem xét số giải pháp như: thiết kế TBA với tiêu chuẩn gồm máy biến áp (thay máy nay); chọn gam máy lớn (có thể xem xét thêm gam 375 MVA 450 MVA cho MBA 220/110 kV gam máy đến 1500 MVA cho cấp 500 kV) Tương tự việc lựa chọn tiết diện ĐZ truyền tải quy hoạch phát triển điện lực cần nghiên cứu điều chỉnh Hiện nay, tiết diện dây dẫn chọn theo phương pháp mật độ dòng điện kinh tế Jkt Thực tế chứng minh đường dây tải điện 220 kV sau 10 năm vận hành đa số bị đầy tải [14], chứng tỏ phương pháp Jkt khơng phù hợp bối cảnh quy mô HTĐ Việt Nam tăng trưởng với tốc độ cao có độ bất định nguồn – tải lớn Tham khảo thiết kế ĐZ không 220 kV Tokyo (Nhật Bản), tiết diện sử dụng 2x410, 4x410, 2x610, 4x610, 2x810, 4x810, 2x1520, 4x1520, dây ACSR TACSR (dây siêu nhiệt) [15] Hệ thống truyền tải Hà Nội TP Hồ Chí Minh thiết kế theo dạng mạch vòng tương tự Tokyo, cần xem xét chuẩn hóa tiết diện lớn Cũng phải nói thêm bất cập việc quy định tiết diện dây dẫn QH PTĐL cấp tỉnh Mặc dù phạm vi tính tốn quy hoạch điện cấp tỉnh gồm vài nút lưới truyền tải không mô trào lưu công suất liên kết vùng miền trạng thái biên hệ thống, nay, QH PTĐL tỉnh ấn định tiết diện đường dây truyền tải 220 kV Thậm chí, tiết diện ban hành với định phê duyệt Bộ chủ quản Mặc dù sở khoa học để tiết diện ĐZ 220 kV hoàn toàn thiếu dự án ĐZ đầu tư theo quy hoạch bắt buộc phải tuân thủ (theo Luật điện lực), sửa nhiều công sức để điều chỉnh quy hoạch Các Tổng sơ đồ điện quốc gia gần (QHĐ4,5,6,7,7ĐC) không đưa cụ thể tiết diện cơng trình đường dây truyền tải xây mới, cải tạo nhằm tạo thuận lợi cho công tác thiết kế sau (dựa ý kiến góp ý đơn vị) Nhưng q trình thiết kế tính tốn TSĐ dự kiến tiết diện đường dây cơng trình lưới điện, thơng thường 2x600 mm2 4x400 mm2 xuất tuyến 220 kV quan trọng từ trạm nguồn 500 kV nhà máy điện lớn Tuy nhiên, Báo cáo nghiên cứu khả thi (FS) ĐZ duyệt tiết diện mức phổ biến 2x330 mm2 2x400 mm2 Lý lựa chọn tiết diện theo Jkt đạt tiết diện 2x600 mm2 đề xuất TSĐ điện Thêm vào đó, QH PTĐL tỉnh đề xuất tiết diện dây nhỏ Việc lựa chọn tiết diện dây không đủ lớn xuất tuyến quan trọng (đầu trạm 500 kV, đầu nhà máy điện lớn) nguyên nhân gây suy giảm tính linh hoạt lưới truyền tải Lựa chọn theo Jkt, mức tải đường dây phải tương đối cao, chí lên đến 75% Do đó, cần sửa chữa bảo dưỡng một vài phần tử lưới gặp nhiều khó khăn như: khó chọn thời điểm sửa chữa, khó cắt điện, phải điều chuyển phụ tải, … ảnh hưởng đến nhiều phần tử khác hệ thống Ngoài ra, yếu tố chưa quan tâm đúng, khoảng thời gian phục vụ vận hành đường dây truyền tải Thông thường, tuổi thọ ĐZ 40 năm, quy định tính tốn lập Báo cáo nghiên cứu khả thi (FS) yêu cầu tính cho 10 năm kể từ thời điểm ĐZ vận hành thương mại Do đó, 30 năm lại đường dây ẩn số khoảng thời gian vận hành nặng nề khơng lường trước Vì vậy, thay đổi triết lý lựa chọn tiết diện ĐZ truyền tải nhu cầu cấp thiết Tiêu chí N-1 QHĐ cần phải nhìn nhận theo nghĩa rộng Tiêu chí N-1 QH PTĐL hiểu đơn giản cố phần tử LTT (ví dụ ĐZ MBA) Tuy nhiên, thực tế cho thấy, để xử lý cố phần tử, phải cắt điện thêm phần tử khác (ví dụ mạch cột buộc phải cắt điện để xử lý cố) Hoặc cố N-1 xảy thời điểm tách phần tử khác khỏi vận hành để bảo dưỡng, sửa chữa Các cố gọi tắt cố N-1-1 Nếu lưới truyền tải quy hoạch thiết kế theo tiêu chí N-1-1, trung tâm phụ tải quan trọng, tính linh hoạt lưới chắn cải thiện đáng kể Ở trình bày kiến nghị liên quan đến công tác quy hoạch LTT nhằm tạo móng cho việc xây dựng lưới truyền tải có độ linh hoạt cao Nhưng để cơng trình ĐZ TBA vào thực tế lại cần trải qua khâu thiết kế chi tiết TBA ĐZ tải điện Ở khâu này, thiết kế tốt giúp cho HTĐ có khả linh hoạt cao, tạo thuận lợi lớn cho việc xây dựng phương thức vận hành sau Phần trình bày đưa ý tưởng đề xuất việc thiết kế chi tiết ĐZ TBA truyền tải TÍNH LINH HOẠT THỂ HIỆN TRONG THIẾT KẾ TRẠM BIẾN ÁP VÀ ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI Ở phần đề xuất giải pháp để tạo linh hoạt vận hành LTT, xem xét mức mang tải thiết kế trạm mức không 50%, chọn gam máy lớn, xem xét thiết kế trạm theo tiêu chuẩn MBA Còn yếu tố có ý nghĩa định làm cải thiện tính linh hoạt LTT, sơ đồ TBA truyền tải Sự linh hoạt LTT Việt Nam có nguyên nhân lớn từ linh hoạt sơ đồ 220 kV 500 kV Hầu hết TBA truyền tải vận hành với 02 (sơ đồ cái, sơ đồ 3/2, 4/3) Một số sân phân phối 220 kV có thêm vòng, nhiên, có ý nghĩa dự phòng sử dụng tiến hành sửa chữa, thao tác lưới Triết lý trạm Việt Nam khác với triết lý thiết kế nước phát triển (Nhật Bản, Châu Âu) Nhật Bản sử dụng sơ đồ cái, nước Châu Âu sử dụng sơ đồ từ đến (hình 11) 500kV 500kV M¸y c¾t MBA 500/220 kV 220kV Sơ đồ kiểu Nhật Bản Sơ đồ kiểu Anh Hình 11: Sơ đồ điển hình TBA truyền tải nước phát triển Theo đánh giá chuyên gia Đức Bỉ [13], sơ đồ Việt Nam khó đảm bảo tiêu chí N-1 cố Thực tế EVN đưa định nghĩa N-1, bao gồm cố TBA có từ trở lên [16] Ngoài khả linh hoạt cao việc xây dựng phương thức vận hành, sơ đồ 3-4 giúp dễ dàng tách lưới, làm giảm dòng ngắn mạch cách đáng kể (do tổng trở chung tăng lần so với không tách) Tách biện pháp đơn giản kinh tế để giảm dòng điện ngắn mạch tổng hệ thống Việc bố trí chưa hợp lý ngăn lộ MBA số trạm làm giảm tính linh hoạt vận hành, TBA 500 kV Ơ Mơn, Vĩnh Tân, Thường Tín (hình 12) Ở sơ đồ này, rơ le báo cố máy cắt 530, 220, 230 tồn 02 MBA 500 kV trạm bị tách khỏi vận hành, có khả gây điện diện rộng Các nguyên tắc đấu nối lộ xuất tuyến ĐZ MBA trạm truyền tải cần quy định cách rõ ràng, chí trở thành tiêu chuẩn nội bộ, tiêu chuẩn ngành Đấu nối MBA 500 kV Ơ Mơn Đấu nối MBA 500 kV Vĩnh Tân Hình 12: Sơ đồ đấu nối MBA 500/220 kV Ô Môn Vĩnh Tân Đối với việc thiết kế chi tiết đường dây tải điện, xem xét giải pháp xây dựng cột chuẩn hóa, có khả treo loại dây có tiết diện phân pha lớn, thời điểm vận hành ban đầu cần treo trước dây có tiết diện nhỏ Triết lý sử dụng Đức Giải pháp giúp giữ hành lang tuyến, đồng thời đối phó tốt với biến động lớn nguồn phụ tải điện tương lai, phù hợp với HTĐ phát triển nhanh nhiều bất định Việt Nam XÂY DỰNG HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI THÔNG MINH Hệ thống truyền tải điện thông minh thể nhiều lĩnh vực như: tự động hóa TBA; hệ thống thu thập số liệu đo lường; giám sát phát cố TBA; hệ thống thông tin địa lý (GIS); hệ thống giám sát diện rộng (WAMS); giám sát nhiệt đường dây; giám sát sét đánh;… Dưới góc độ xây dựng HTĐ truyền tải linh hoạt, cần phát triển trước hết lĩnh vực: hình thành mạng lưới TBA khơng người trực hoàn thiện hệ thống điều khiển giám sát từ xa Đây rõ ràng thách thức lớn NPT đa chủng loại thiết bị TBA (nhất thứ, nhị thứ) đa dạng hệ thống điều khiển tự động hóa Sự đa chủng loại thiết bị thứ thể nguồn gốc xuất xứ Đối với MBA, có 20 nhà cấp hàng, thiết bị đóng cắt có khoảng 12 cơng ty cung cấp (hình 13) [13] Tỷ lệ MBA phân theo xuất xứ Tỷ lệ máy cắt phân theo xuất xứ Hình 13: đa chủng loại phân theo xuất xứ thiết bị thứ Hiện phạm vi LTT Việt Nam có 12 loại hệ thống tự động hóa với nhà sản xuất khác có loại giao thức truyền tin [13] (xem hình 14) Tỷ lệ hệ thống điều khiển tự động hóa TBA truyền tải có Phân loại số hệ thống tự động hóa theo giao thức truyền tin Hình 14: Sự đa chủng loại hệ thống điều khiển tự động hóa Trong năm 2013, 2014, 2015 ghi nhận 17 trường hợp cố MBA dẫn tới phải dừng máy để sửa chữa Xét theo nguồn gốc xuất xứ có 71% số cố MBA MBA có xuất xứ từ Trung Quốc MBA Việt Nam sản xuất có 3/17 cố, chiếm 17% xếp thứ Các MBA sản xuất từ Châu Âu, Nhật Bản không ghi nhận cố nghiêm trọng Nếu xét theo tuổi máy, số máy biến áp vận hành 10 năm chiếm 70,4% số máy, chiếm 75,4% công suất đặt Các máy biến áp có tuổi năm chiếm 44,8% số máy 53,2% cơng suất đặt Trên lưới khoảng MBA có tuổi từ 22-28 năm Có 30% số MBA tuổi đời cao 10 năm năm gần không ghi nhận cố Các cố MBA chủ yếu rơi vào máy có tuổi năm Nâng cao chất lượng thiết bị, đặt biệt máy biến áp, đồng thời chuẩn hóa hệ thống điều khiển tự động hóa giúp đẩy nhanh tiến trình xây dựng TBA truyền tải khơng người trực cải thiện độ tin cậy cung cấp điện Giải pháp xem xét là: tiến hành nghiên cứu khách quan, khoa học chất lượng loại thiết bị lưới, công bố danh sách “đen” hãng cung cấp thiết bị có chất lượng nhất, không phù hợp với điều kiện thực tế định hướng phát triển LTT Việt Nam; đồng thời hướng tới nội địa hóa thiết bị 10 lưới điện (như MBA, máy cắt, dao cách ly, …) để tránh phụ thuộc nhiều vào nước ngồi, tiết giảm chi phí sửa chữa, bảo dưỡng, vận hành SỬ DỤNG CÁC THIẾT BỊ TRUYỀN TẢI LINH HOẠT FACTS Tác dụng thiết bị FACTS giúp cải thiện điện áp, tần số HTĐ, tăng độ an toàn - tin cậy cung cấp điện, điều khiển dòng cơng suất tác dụng hệ thống Tuy nhiên chi phí cho thiết bị FACTS áp dụng cho LTT không rẻ, hệ thống điện truyền tải gồm cấp 500-220 kV Việt Nam (hầu coi LTT từ cấp 66 kV trở lên) Một số thiết bị FACTS có tiềm áp dụng cho LTT Việt Nam là: thiết bị bù tĩnh SVC (Static Var Compensator), thiết bị bù dọc có điều khiển TCSC (Thyristor Controlled Series Capacitor), máy biến áp dịch pha (phase-shifting transformer theo cách gọi Mỹ, Châu Âu quadrature booster theo cách gọi Anh) SVC lắp đặt TBA 220 kV Thái Nguyên Việt Trì, với mục đích đảm bảo chất lượng điện cuối nguồn hệ thống tách lưới mua điện Trung Quốc (TQ) Trong giai đoạn thiếu điện (2008-2010), nhập điện TQ nhiều, thiết bị SVC phát huy hiệu tốt việc giữ điện áp ngưỡng cho phép cao thấp điểm Vài năm gần (2014-2016), trước tình trạng điện áp biến thiên mạnh lưới 500 kV (minh họa hình 15), Tổng cơng ty Truyền tải điện quốc gia (EVNNPT) tiến hành nghiên cứu lắp đặt SVC điểm Ơ Mơn Đà Nẵng [17] Tuy nhiên, đến thời điểm này, hai dự án chưa thể trở thành thực chưa chứng minh rõ nét hiệu kinh tế - kỹ thuật 300 Lần áp Thời gian vi phạm (phút) 250 200 250000 200000 150000 150 100000 100 50000 50 220kV Quảng Ngãi 220kV Nha Trang 220kV Đồng Hới 220kV Đông Hà 500kV Thạnh Mỹ 500kV Pleiku 500kV Dốc Sỏi 500kV Đắc Nơng 500kV Đà Nẵng Hình 15: Các điểm áp lưới truyền tải 500-220 kV Miền Trung năm 2016 Bởi SVC có chi phí cao, nên trước nghĩ tới giải pháp SVC cần cân nhắc đến phương pháp điều chỉnh điện áp đơn giản chi phí thấp hơn, đến từ phía nguồn điện hệ thống phân phối Mọi tổ máy phát điện hệ thống cần bắt buộc tham gia vào điều khiển cơng suất phản kháng cách tích cực Lưới điện phân phối phải tính tốn bù cơng suất phản kháng cho ảnh hưởng tới biến thiên điện áp lưới truyền tải Khi hai phía Nguồn – phụ tải thực nghiêm túc việc tham gia điều khiển điện áp, với giải pháp đặt tụ - kháng bù ngang lưới mà LTT chưa đảm bảo điện áp ngưỡng cho phép lúc này, giải pháp SVC nên xem xét SVC trì điện áp lưới điện giữ mức cho phép thay đổi phương thức vận hành khác nhau, tạo linh hoạt cho lưới truyền tải Thiết bị tụ bù dọc có điều khiển TCSC gần quan tâm xảy tượng cộng hưởng đồng lưới điện Miền Trung Các TCSC chứng minh có khả hạn chế số tần số cộng hưởng lưới điện, cải thiện chất lượng điện áp nâng cao đặc tính ổn định chung hệ thống Tuy nhiên chi phí đầu tư TCSC cao, với bất định tiến độ nguồn nhiệt điện than Bắc Trung Bộ nên cần 11 có thêm nhiều nghiên cứu hiệu tính khả thi việc thay tụ bù dọc TCSC Các máy biến áp dịch pha xa lạ HTĐ truyền tải Việt Nam, lại phổ biến giới Loại MBA giúp điều tiết dòng cơng suất tác dụng chảy lưới, đoạn đường dây tải điện song song có khả tải khác điện kháng khác nhau, giúp tránh tải đoạn có giới hạn tải thấp Điện áp phía cao áp máy lên đến 400-500 kV Hình 16 minh họa phần nhỏ sơ đồ nguyên lý lưới điện 400-275 kV Anh có lắp đặt MBA dịch pha quadrature booster MBA dịch pha 400 kV MBA dịch pha 400 kV MBA dịch pha 275 kV Hình 16: Minh họa vị trí lắp đặt MBA dịch pha lưới 400-275 kV National Grid (Anh) Sự xuất MBA dịch pha giúp tăng thêm giải pháp huy động nguồn, giải pháp cấp điện phụ tải, làm tăng tính linh hoạt lưới truyền tải, đáng quan tâm áp dụng vào HTĐ Việt Nam thời gian tới KẾT LUẬN Hệ thống điện truyền tải Việt Nam phát điển đến quy mô lớn giới bắt đầu phải đối mặt với nhiều vấn đề kỹ thuật khó khăn như: dòng ngắn mạch tăng cao, vận hành nặng nề tải thiết bị, điện áp thay đổi lớn cao thấp điểm, nằm ngưỡng cho phép, tiêu chí N-1 chưa đảm bảo, độ tin cậy cung cấp điện thấp Một giải pháp chiến lược để giải vấn đề phát triển hệ thống truyền tải điện có độ linh hoạt cao Tính linh hoạt LTT thể khả đáp ứng thay đổi phương thức vận hành đối phó với không chắn nguồn điện – phụ tải mà đảm bảo yêu cầu kỹ thuật với mức chi phí hợp lý, khung thời gian khác Bài viết đề xuất số giải pháp để cải thiện tính linh hoạt LTT Ở khâu quy hoạch, cần thiết phải xem xét lại tiêu chí mang tải theo hướng cho phép thiết kế với mức tải tính tốn 50% cơng suất định mức MBA thay 75%, sử dụng TBA với quy mô MBA, gam máy lớn sơ đồ linh hoạt (có từ trở lên) Đối với đường dây tải điện, cần xem xét sử dụng loại dây dẫn tiết diện lớn chuẩn hóa thay lựa chọn tiết diện theo tiêu chí mật độ dòng điện kinh tế Jkt Tiêu chí thiết kế N-1 cần hiểu đầy đủ thay tiêu chí N-1-1 Về mặt thiết bị, cần lựa chọn thiết bị thứ, nhị thứ có chất lượng tốt, hạn chế việc có nhiều chủng loại nguồn gốc xuất xứ gây khó khăn việc sửa chữa, bảo dưỡng vận hành, tự động hóa Lập danh sách “đen” nhà sản xuất cung cấp thiết bị chất lượng Có thể xem xét sử dụng số thiết bị FACTS lưới truyền tải 500-220 kV để nâng cao chất lượng điện sử dụng SVC, TCSC máy biến áp dịch pha 12 Do hệ thống điện Việt Nam giai đoạn phát triển nhanh, chịu nhiều tác động yếu tố bất định như: tiến độ nguồn điện không mong muốn, phụ tải phát triển cục dự kiến, dẫn tới nhiều vấn đề phát sinh lưới truyền tải nghẽn mạch, điện áp không đảm bảo, Xây dựng HTĐ truyền tải có tính linh hoạt cao giải pháp tốt để chủ động đối phó với vấn đề phát sinh, đảm bảo cung cấp đủ điện, an toàn, tin cậy cho phát triển kinh tế ổn định đời sống nhân dân TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] Viện_Năng_Lượng (2016) Chương trình đầu tư lưới truyền tải đảm bảo tiêu chí N-1 giai đoạn 2016-2020 Hà Nội Viện_Năng_Lượng (2000) Tổng sơ đồ phát triển Điện lực Việt Nam giai đoạn 2001-2010 có xét đến năm 2020 Bộ Công nghiệp, Hà Nội Viện_Năng_Lượng (2006) Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2006 - 2015 có xét đến năm 2025 Bộ Cơng nghiệp, Hà Nội Viện_Năng_Lượng (2011) Quy hoạch phát triển điện lực Quốc Giai giai đoạn 2011-2020 có xét đến 2030 Hà Nội EVN (2017) Báo cáo tổng kết EVN năm 2016 Hà Nội World Bank (2016) Electric power consumption - World Bank Data 2016 Viện_Năng_Lượng (2017) Dự thảo báo cáo: Chiến lược phát triển Tổng công ty Truyền tải điện quốc gia đến năm 2025, tầm nhìn đến năm 2040 EVNNPT, Hà Nội TTg, "Quyết định 428/QĐ-TTg Phê duyệt điều chỉnh Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011-2020 có xét đến năm 2030," MOIT, Ed., ed Hà Nội: TTg, 2016 IE (2015) Điều chỉnh quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011-2020 có xét đến 2030 Hà Nội Juan Ma, Vera Silva, Régine Belhomme, Daniel S Kirschen, and Luis F Ochoa (2013) Evaluating and planning flexibility in sustainable power systems Power and Energy Society General Meeting (PES), 2013 IEEE, pp 1-11 Danish Energy Agency (2005) Flexibility in the Power System - Danish and European experiences Copenhagen Quốc_Hội, "Luật sửa đổi, bổ sung số điều luật Điện lực (Luật số 14/2012/QH13)," ed Hà Nội, 2012 EGI; and Viện Năng lượng (2017) Assessment of Actual Situation in National Power Transmission System and Proposal of Solutions to Overcome the Existing Bruxelles Viện_Năng_Lượng (2016) Kế hoạch đầu tư phát triển lưới điện truyền tải Quốc gia năm 2016 có xét đến năm 2020 Hà Nội TEPCO, "TEPCO Power System Planning rule," ed Tokyo: TEPCO, 2010 EVN (2016) Nghị công tác tăng cường độ tin cậy, ổn định hệ thống điện Việt Nam Hà Nội PTC4 (2015) Dự án Lắt đặt thiết bị bù tĩnh lưới truyền tải (Giai đoạn 1) TP Hồ Chí Minh GIỚI THIỆU TÁC GIẢ Họ tên: Nguyễn Mạnh Cường Học hàm, học vị: Kỹ sư, Nghiên cứu sinh trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Nơi cơng tác: Phòng phát triển Hệ thống điện – Viện Năng lượng – Bộ Cơng Thương Chức vụ: Phó Trưởng phòng Email: cuongnm@ievn.com.vn Điện thoại liên hệ: 0904.375.527 13 ... xem xét thiết kế trạm theo tiêu chuẩn MBA Còn yếu tố có ý nghĩa định làm cải thiện tính linh hoạt LTT, sơ đồ TBA truyền tải Sự linh hoạt LTT Việt Nam có nguyên nhân lớn từ linh hoạt sơ đồ 220 kV... sau làm rõ bốn luận điểm TÍNH LINH HOẠT CỦA LƯỚI TRUYỀN TẢI ĐIỆN CẦN ĐƯỢC QUAN TÂM NGAY TỪ KHÂU QUY HOẠCH Theo Luật Điện lực, dự án ĐZ TBA truyền tải phải đầu tư theo quy hoạch phát triển điện... đó, cải thiện tính linh hoạt lưới truyền tải nhu cầu cấp thiết Bài viết đề xuất giải pháp để cải thiện tính linh hoạt lưới truyền tải điện Việt Nam thời gian tới, là: (i) tính linh hoạt LTT cần