Nghiên cứu các giải pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho lưới điện phân phối trung áp việt nam

Luận văn, thạc sỹ, tiến sĩ, cao học, kinh tế, nông nghiệp

Bộ giáo dục và đào tạo Trờng đại học nông nghiệp I -------------------------- Nguyễn Danh Khoa Nghiên cứu các giải pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho lới phân phối trung áp Việt Nam Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Điện Khí hoá sản xuất nông nghiệp và nông thôn M số: 60-52-54 Ngời hớng dẫn khoa học: VS.GS.TSKH. Trần Đình Long Hà Nội - 2006 Trng i hc Nụng nghip H Ni - Lun vn Thc s khoa hc k thut i Lời cam đoan Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, Các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực và cha đợc sử dụng để bảo vệ bất kỳ một công trình khoa học nào khác. Tôi xin cam đoan rằng các thông tin trích dẫn trong luận văn đợc chỉ rõ nguồn gốc. Hà nội ngày 05 tháng 09 năm 2006 Tác giả luận văn Nguyễn Danh Khoa Trng i hc Nụng nghip H Ni - Lun vn Thc s khoa hc k thut ii Lời cảm ơn Trong thời gian làm luận án tôi đợc sự giúp đỡ nhiệt tình và có hiệu quả của VS. GS.TSKH. Trần Đình Long cùng một số đồng nghiệp. Nay tôi đã hoàn thành nội dung của bản luận án , nhân dịp này tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới VS. GS.TSKH. Trần Đình Long, các thầy cô giáo đã tham gia giảng dạy khoá cao học này, khoa cơ điện, khoa sau đại học trờng đại học nông nghiệp I Hà nội, Trờng đào tạo nghề, cùng các đồng nghiệp. Mặc dù đã có rất nhiều những cố gắng song do năng lực còn hạn chế vì vậy chắc chắn bản luận văn này còn có những sai sót rất mong nhận đợc sự chỉ bảo, đóng góp của các thầy cô, các nhà khoa học và các đồng nghiệp để bản luận án đợc hoàn thiện hơn. Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà nội, ngày 05 tháng 09 năm 2006 Tác giả luận văn Nguyễn Danh Khoa Trng i hc Nụng nghip H Ni - Lun vn Thc s khoa hc k thut iii Mục lục Lời cam đoan . i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục bảng v Danh mục hình vi Lời Mở đầu .1 1. Hiện trạng lới điện phân phối trung áp ở việt nam 4 1.1. Quá trình phát triển của lới phân phối trung áp 4 1.1.2. Nguồn điện 4 1.1.3. Lới truyền tải. 6 1.1.4. Lới điện phân phối trung áp .6 1.2. Xu thế phát triển của lới phân phối trung áp tại Việt Nam 12 2. Tổng quan về độ tin cậy cung cấp điện 15 2.1. Đặc trng về độ tin cậy của hệ thống điện .15 2.1.2. Độ tin cậy và các chỉ tiêu thờng dùng để đánh giá độ tin cậy của hệ thống cung cấp điện. 15 2.1.3. Khái niệm về trạng thái hỏng hóc của hệ thống điện. .17 2.1.4. Tổn thất kinh tế do mất điện và ảnh hởng của cấu trúc đến độ tin cậy của hệ thống điện. 21 2.2. Độ tin cậy của các phần tử 23 2.2.1. Phần tử không phục hồi. 23 2.2.2. Mô hình cờng độ hỏng hóc 26 2.2.3. Phần tử phục hồi 27 2.2.4 Các chỉ số đánh giá độ tin cậy (Reliability Evaluation of Power Systems). 33 3. Các giải pháp nâng cao độ tin cậy cho hệ thống điện .39 Trng i hc Nụng nghip H Ni - Lun vn Thc s khoa hc k thut iv 3.1. Các giải pháp nâng cao độ tin cậy cho hệ thống 39 3.2. Vấn đề độ tin cậy trong thiết kế phơng án cấp điện - Hàm kinh tế đánh giá một phơng án cấp điện .41 3.3. Các giải pháp nâng cao độ tin cậy cho lới phân phối. 43 3.3.1. Nâng cao độ tin cậy cho phần trạm biến áp phân phối 43 3.3.2. Nâng cao độ tin cậy cho phần lới phân phối. 44 3.4. Các giải pháp tăng cờng độ tin cậy ở lới phân phối điện Việt Nam. 47 4. Nâng cao độ tin cậy cung cấp điện bằng giải pháp phân đoạn lới điện phân phối trung áp .49 4.1. Hiện trạng rơle bảo vệ trong hệ thống phân phối trung áp của Việt Nam: 49 4.1.1. Hệ thống rơle bảo vệ cho ngăn máy cắt trung áp trong lới trung tính nối đất trực tiếp: .49 4.1.2. Hệ thống rơle bảo vệ cho ngăn máy cắt trung áp trong lới trung tính cách ly hoặc qua trở kháng 49 4.1.3. Hiện trạng về tự động hoá trong hệ thống phân phối trung áp Việt Nam 50 4.2. Các giải pháp phân đoạn đang đợc sử dụng trong lới phân phối trung áp Việt Nam: 52 4.3. Giới thiệu chung về hệ thống tự động hoá phân vùng sự cố DAS: (Distribution Automation System) .58 4.3.1. Giai đoạn 1 .58 4.3.2. Giai đoạn 2 .58 4.3.3. Giai đoạn 3 .58 4.4. Các thiết bị chính trong hệ thống DAS .59 4.4.1. Giới thiệu tóm tắt về Recloser .59 4.4.2. Các thiết bị chính theo từng giai đoạn: 69 4.5. Ví dụ áp dụng .83 Kết luận và đề xuất .111 Tài liệu tham khảo .112 Trng i hc Nụng nghip H Ni - Lun vn Thc s khoa hc k thut v Danh mục bảng Bảng 1.1. Các nguồn điện trong Hệ thống điện Việt Nam 5 Bảng 1.2. Sản lợng điện theo nguồn 5 Bảng 1.3. Khối lợng lới truyền tải .6 Bảng 1.4. Lới điện phân phối hệ thống điện Việt Nam .13 Bảng 1.5. Hệ thống lới điện phân phối theo phạm vi quản lý .13 Bảng 4.1: Thông số kỹ thuật của Recloser 27kV - VR 3S .62 Bảng 4.2: Dải thời gian chỉnh định của các loại Recloser .68 Bảng 4.3. Thống kê số lần sự cố các lộ đờng dây 373 và 376 trạm E2 Gia Lâm .84 Trng i hc Nụng nghip H Ni - Lun vn Thc s khoa hc k thut vi Danh mục hình Hình 1.1. Đồ thị tăng trởng công suất lắp đạt và phụ tải cực đại 4 Hình 2.1. Trạng thái và hỏng hóc của hệ thống điện 19 Hình 2.2. Đồ thị quan hệ giữa hàm phân bố và hàm mật độ 24 Hình 2.3. Mô hình cờng độ hỏng hóc 27 Hình 2.4. Trạng thái làm việc và trạng thái hỏng hóc của các phần tử 30 Hình 2.5: Mô hình trạng thái của các phần tử 33 Hình 2.6. Đồ thị phụ tải trung bình tại thanh cái của phụ tải 38 Hình 4.1(a) : Lới hình tia không phân đoạn 53 Hình 4.1(b) : Lới hình tia phân đoạn 53 Hình 4.2: Buồng cắt chân không 61 Hình 4.3: Recloser 3 pha OVR 15 38 kV 61 Hình 4.4: Recloser 27kV - VR 3S 62 Hình 4.5: Hợp bộ Recloser của hng Nuclec 63 Hình 4.6: Khối điều khiển và bảo vệ của Recloser 27kV- VR 3S 64 Hình 4.7: Tủ điều khiển và bảo vệ của Recloser OVR 15 38 kV 64 Hình 4.8: Thiết bị DAS treo trên cột của NULEC 67 Hình 4.9: Các thiết bị cơ bản của hệ thống DAS ở giai đoạn 1. 69 Hình 4.10: Nguyên lý cấu tạo của hợp bộ DPĐTĐ 70 Hình 4.11: Sơ đồ phối hợp thời gian cài đặt của FDR 72 Hình 4.12: Nguyên tắc hoạt động ở lới điện hình tia. 73 Hình 4.13: Nguyên tắc tác động ở lới điện có nguồn ở hai phía 74 Hình 4.14: Giản đồ thời gian tác động với 2 nguồn cung cấp 75 Hình 4.15: Cấu hình hệ thống DAS giai đoạn 2. 77 Hình 4.16: Điều khiển thời gian thực và hiển thị 79 trạng thái lới phân phối theo thời gian thực 79 Hình 4.17: Qui trình tự động phục hồi của lới phân phối 80 Hình 4.18. DAS cho hệ thống cáp ngầm 81 Hình 4.19: Sơ đồ phát triển hệ thống DAS các giai đoạn 82 Hình 4.20: Sơ đồ một sợi lộ 373 E2 Hà Nội 85 Hình 4.21: Sơ đồ một sợi lộ 373 E2 Hà Nội 87 Trng i hc Nụng nghip H Ni - Lun vn Thc s khoa hc k thut 1 Lời Mở đầu Ngày nay, để phục vụ yêu cầu phát triển kinh tế x hội của đất nớc, vấn đề đảm bảo chất lợng cung cấp điện có một vai trò hết sức quan trọng. Việc áp dụng các thành tựu mới, nhất là công nghệ tự động hoá để nâng cao chất lợng quản lý vận hành, đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện, phát huy hiệu quả kinh tế, tiết kiệm lao động là một yêu cầu rất bức thiết. Đối với hệ thống điện ở nớc ta, việc nghiên cứu áp dụng công nghệ tự động từ trớc đến nay thờng đợc quan tâm áp dụng cho các nhà máy điện công suất lớn và lới điện truyền tải 220kV, 500kV . Tự động hoá lới điện phân phối hiện nay sử dụng chủ yếu các rơle tự động đóng lặp lại (F79), tự động sa thải phụ tải theo tần số (F81), tự động điều chỉnh điện áp (F90). Đề tài này nhằm đi sâu nghiên cứu ứng dụng giải pháp tự động cô lập điểm sự cố bằng công nghệ DAS (Distribution Automation System) áp dụng cho lới phân phối trung áp Việt Nam, nhằm khắc phục tình trạng kéo dài thời gian mất điện trên diện rộng của khách hàng do cách xử lý sự cố kiểu thủ công. Từng bớc nghiên cứu đa vào chức năng tự động hoá cho từng phần tử, từng bộ phận rồi mở rộng dần cho cả hệ thống. 1. Lý do lựa chọn đề tài: Hiện nay, ở hầu hết các nớc có nền kinh tế phát triển, vấn đề chất lợng điện năng không chỉ thể hiện ở các chỉ tiêu điện áp, tần số, suất sự cố . mà còn một chỉ tiêu rất quan trọng đó là tổng số giờ mất điện bình quân của khách hàng trong một năm. Đối với lới điện phân phối trung áp Việt Nam hiện nay, khi có sự cố vĩnh cửu thì toàn bộ phụ tải trên tuyến sự cố sẽ bị mất điện sau khi máy cắt đầu nguồn tự đóng lại không thành công. Nhiều phụ tải ngoài vùng sự cố sẽ bị ngừng cung cấp điện một cách không Trng i hc Nụng nghip H Ni - Lun vn Thc s khoa hc k thut 2 cần thiết. Nếu trên tuyến có các DCL phân đoạn, việc phân vùng sự cố sẽ đợc thực hiện thủ công làm kéo dài thời gian mất điện của khách hàng. Mục tiêu của đề tài nhằm nghiên cứu ứng dụng công nghệ DAS vào lới điện phân phối trung áp Việt Nam, cô lập nhanh và chính xác điểm sự cố để cấp điện lại cho các khu vực góp phần giảm thiểu thời gian và phạm vi mất điện của khách hàng. 2. Đối tợng và phạm vi nghiên cứu Đối tợng nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu áp dụng một số thành tựu mới trong lĩnh vực bảo vệ rơle tự động hoá, lĩnh vực thông tin liên lạc để cải thiện chất lợng vận hành lới điện phân phối trung áp Việt Nam. Phạm vi nghiên cứu gồm các phần: tự động hoá phân vùng sự cố lới điện trung áp 35 - 23 - 15 - 10 - 6 kV có dạng hình tia và mạch vòng vận hành hở. Đây là nội dung nghiên cứu trọng tâm của đề tài. 3. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu Đề tài đi sâu vào việc nghiên cứu so sánh lựa chọn công nghệ, thiết bị và đa ra giải pháp bảo vệ và tự động hoá phù hợp với đặc điểm của lới điện phân phối trung áp Việt Nam. Do đó đề tài đặt ra các mục tiêu và nhiệm vụ chính sau đây: 1. Tự động phân vùng sự cố lới phân phối: Nghiên cứu đặc điểm sự cố lới phân phối và hiện trạng tự động hoá lới phân phối trung áp Việt Nam. Lựa chọn và đề xuất giải pháp tự động phân vùng sự cố lới phân phối DAS phù hợp với lới điện phân phối hiện có. Phân tích đặc tính làm việc của các thiết bị tham gia hệ thống DAS. Nghiên cứu các lựa chọn giải pháp thông tin phù hợp với tình trạng lới điện hiện có. Phân tích chế độ làm việc của các thiết bị tham gia hệ thống DAS. Nghiên cứu lựa chọn giải pháp thông tin phù hợp với hiện trạng hạ tầng cơ sở của lới điện phân phối Trng i hc Nụng nghip H Ni - Lun vn Thc s khoa hc k thut 3 trung áp Việt Nam để quản lý hệ thống DAS bằng máy tính. Hiệu quả kinh tế khi ứng dụng DAS. 2. Giới thiệu hớng mở rộng: ứ ng dụng phối hợp các công nghệ tự động hoá hiện đang đợc sử dụng trong ngành điện: Tự động hoá trạm biến áp SAS (Substation Automation System), SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) . để cùng với DAS đề xuất mô hình tự động hoá trọn bộ các khâu vận hành và kinh doanh điện năng. Ngời thực hiện Nguyễn Danh Khoa . Các giải pháp tăng cờng độ tin cậy ở lới phân phối điện Việt Nam. 47 4. Nâng cao độ tin cậy cung cấp điện bằng giải pháp phân đoạn lới điện phân phối trung. Danh Khoa Nghiên cứu các giải pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho lới phân phối trung áp Việt Nam Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: Điện Khí