Giải pháp tự động hóa cho lưới điện phân phối thành phố quảng ngãi

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRƢƠNG QUANG HUY GIẢI PHÁP TỰ ĐỘNG HÓA CHO LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THÀNH PHỐ QUẢNG NGÃI Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 60.52.02.02 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: GS.TS: LÊ KIM HÙNG Quảng Ngãi - 2018 Cơng trình hoàn thành TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: GS.TS LÊ KIM HÙNG Phản biện 1: PGS.TS NGUYỄN HỮU HIẾU Phản biện 2: TS LÊ THỊ TỊNH MINH Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ họp Trường Đại học Phạm Văn Đồng vào ngày 30 tháng năm 2018 Có thể tìm hiểu luận văn tại: -Trung tâm Thông tin-Học liệu, Đại học Đà Nẵng - Thư viện trường Đại học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng MỞ ĐẦU LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Trong giai đoạn nay, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện nhiệm vụ hàng đầu ngành điện nhằm đảm bảo cung cấp điện an toàn, liên tục cho khách hàng cách tốt Các thiết bị đóng cắt lưới điện phân phối đầu tư bản, đáp ứng yêu cầu cơng tác vận hành, nhiên số vị trí lắp đặt thiết bị đóng cắt chưa hợp lý, dẫn đến tình trạng phạm vi điện rộng có tình cố, cắt điện bảo dưỡng Nhiều vị trí bố trí thiết bị đóng cắt điểm hở dao cách ly chưa thể đóng cắt có tải phục vụ việc đóng liên lạc có điện Với lý trên, tơi chọn nghiên cứu đề tài “Giải pháp tự động hóa cho lưới điện phân phối Thành phố Quảng Ngãi” MỤC ĐÍCH VÀ MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU - Mục đích: Đề xuất giải pháp phối hợp, xếp thiết bị đóng cắt lưới điện trung áp nhằm nâng cao lực tự động hóa lưới điện - Mục tiêu: Tính tốn phối hợp thiết bị tự động, tiêu độ tin cậy cung cấp điện cho lưới điện phân phối Thành phố Quảng Ngãi ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU a Đối tượng nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu đề tài nghiên cứu ứng dụng số thành tựu tự động hóa lưới điện để triển khai áp dụng tính tốn tiêu độ tin cậy lưới điện trung áp cho khu vực Thành phố Quảng Ngãi b Phạm vi nghiên cứu: Phạm vi nghiên cứu đề tài giải pháp tự động hóa lưới điện triển khai Việt Nam Ứng dụng giải pháp tự động hóa vào hệ thống lưới điện trung áp thuộc khu vực Thành phố Quảng Ngãi Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ TÍNH THỰC TIỂN Cơng tác thao tác thiết bị đóng cắt lưới điện phân phối thực công tác thủ cơng, việc phân đoạn lập để tìm điểm cố, khoanh vùng cố nhiều thời gian, làm tăng phạm vi thời gian điện khách hàng Do việc nghiên cứu áp dụng giải pháp tự động hóa lưới điện phân phối cần thiết để đảm bảo an toàn cho người thiết bị Việc áp dụng công nghệ tự động hóa vào lưới điện phân phối mang lại hiệu thiết thực việc nâng cao số độ tin cậy cung cấp điện Từng bước cung ứng điện an toàn, liên tục cho khách hàng sử dụng điện PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Đề tài nghiên cứu dựa sở lý thuyết tự động hóa lưới điện (DAS), kết hợp với việc nghiên cứu áp dụng tính tốn số độ tin cậy lưới điện phân phối cụ thể 2 Áp dụng phần mềm hỗ trợ mô phối hợp đặc tuyến thiết bị bảo vệ lưới điện phân phối để đảm bảo cho thiết bị bảo vệ tác động chọn lọc CẤU TRÚC LUẬN VĂN Ngoài phần mở đầu, kết luận kiến nghị, nội dung luận văn biên chế thành chương phụ lục Bố cục nội dung luận văn gồm phần sau: Chương 1: Tổng quan Chương 2: Quy trình giải pháp DAS phương pháp phối hợp bảo vệ tự động hóa lưới điện phân phối Chương 3: Giải pháp tự động hóa mạch vòng cho lưới điện phân phối TP Quảng Ngãi Chương 4: Ứng dụng phần mềm PSS/ADEPT tính tốn phối hợp bảo vệ xuất tuyến 476-E17 475E16 3 Chƣơng TỔNG QUAN VỀ TỰ ĐỘNG HÓA LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THÀNH PHỐ QUẢNG NGÃI 1.1 Đặc điểm lƣới điện phân phối Thành phố Quảng Ngãi Trong năm qua, Công ty Điện lực Quảng Ngãi không ngừng cải tạo, đầu tư, xây dựng tuyến đường dây trung áp nhằm kết nối mạch vòng trạm biến áp 110kV xuất tuyến trung áp trạm biến áp 110kV đáp ứng theo tiêu chí N-1 Đến thời điểm nay, toàn xuất tuyến 22kV khu vực Thành phố Quảng Ngãi có khả khép vòng hỗ trợ liên lạc qua lại với cần thiết Bảng 1.1 Tình hình mang tải TBA 110KV khu vực Quảng Ngãi STT Tên trạm biến áp Quảng Ngãi (E16) Tịnh Phong (E17) Quảng Phú Tổng MBA Sđm (MVA) U (kV) Pmax (MW) T1 25 110/38,5/22 42.0 T2 40 110/38,5/22 45.0 T1 40 110/22 45.0 T2 40 110/22 45.0 T1 40 185 110/22 45.0 222 Bảng 1.2 Khối lượng đường dây lưới điện phân phối TP Quảng Ngãi Đƣờng dây (km) STT Điện lực 35kV 22kV Cáp ngầm 22kV Tổng ĐL TP Quảng Ngãi 9,91 67,64 37,994 115,54 ĐL Sơn Tịnh 6,48 86,73 8,213 101,42 ĐL Tư Nghĩa / 104,65 8,25 112,9 16,39 259,02 54,457 329,86 Toàn Thành phố Quảng Ngãi Bảng 1.3 Khối lượng trạm biến áp phụ tải TP Quảng Ngãi Điện lực STT 1.2 ĐL TP Quảng Ngãi ĐL Sơn Tịnh ĐL Tư Nghĩa Thành phố Quảng Ngãi 35(kV) 35/0,4 20 / 28 Trạm biến áp 22(kV) 22/0,4 22/0,2 580 338 24 326 1244 31 Các thiết bị bảo vệ lƣới điện phân phối 1.2.1 Máy cắt - Môi trường ngắt dầu - Môi trường ngắt chân không - Môi trường ngắt khí SF6 1.2.2 Rơ le bảo vệ dòng Có cấp bảo vệ I>, I>> I>>> lựa chọn làm việc độc lập Cấp (I>>>) làm việc với đặc tính thời gian độc lập Tổng 606 370 327 1.303 Cấp (I>) cấp (I>>) chọn làm việc theo đặc tính thời gian độc lập (DT) phụ thuộc (IDMT) 1.2.3 Máy cắt tự động đóng lại - Recloser Máy cắt tự động đóng lại phân loại sau: - Loại tác động ba pha - Điều khiển thủy lực hay điện tử 1.2.4 Dao cắt có tải – LBS Dao cắt có tải (LBS) dạng phát triển dao cách ly thông thường với công nghệ chế tạo tiếp điểm phương pháp xử lý dập hồ quang cho phép thao tác đóng cắt với dòngđiện làm việc chế độ vận hành bình thường điều kiện định (hình 1.12) Điều cho phép giảm thời gian điện đồng thời nâng cao tính an tồn cho nhân viên vận hành -Dao cắt có tải (LBS) Tương tự dao cách ly với truyền động điện, LBS kết nối với hệ thống SCADA cho phép phối hợp thao tác vận hành cách tự động hóa mang lại tính hiệu kinh tế cao 1.2.5 Dao cách ly phân đoạn tự động (SEC) Để tiết kiệm máy cắt Recloser mà lập cố lâu dài để hệ thống không bị điện cố thống qua, người ta sử dụng phối hợp Recloser với dao cách ly phân đoạn tự động) SEC thiết bị bảo vệ tự động ngăn cách phân đoạn đường dây bị cố khỏi hệ thống 5 Thiết bị thường lắp đặt đường dây để phối hợp với máy cắt hay Recloser phía trước Một thiết bị phân đoạn khơng có khả cắt dòng cố Tuy nhiên đếm số lần cắt thiết bị phía trước tác động cắt đếm đủ lớn số lần đặt trước -SEC hãng Cooper 1.3 Hiện trạng xu tự động hóa lƣới điện phân phối (LĐPP) 1.3.1 Hiện trạng tự động hóa LĐPP Thành phố Quảng Ngãi Khu vực Thành phố Quảng Ngãi có tất 23 xuất tuyến đường dây trung áp 22kV, xuất tuyến có khả khép vòng, hỗ trợ liên lạc qua lại lẫn cần thiết Các thiết bị đóng cắt lưới điện phân phối đầu tư bản, đáp ứng yêu cầu công tác vận hành, nhiên số vị trí lắp đặt thiết bị đóng cắt chưa hợp lý, dẫn đến tình trạng phạm vi điện rộng có tình cố, cắt điện bảo dưỡng Nhiều vị trí bố trí thiết bị đóng cắt điểm hở dao cách ly chưa thể đóng cắt có tải phục vụ việc đóng liên lạc có điện Bảng 1.6 - Tình hình thực số ĐTCCCĐ TP Quảng Ngãi năm 2017 MAIFI (lần/khách hàng) Điện lực Kế hoạch Thực TP Quảng Ngãi 0.51 0.39 Sơn Tịnh 0.52 0.27 SAIDI (phút/khách hàng) SAIFI (lần/khách hàng) Kế hoạch Thực Tăng(+)/ Giảm(-) Kế hoạch Thực -23.6 1,255 958.69 -23.6 11.22 10.11 -9.9 -48.6 1,296 1,311 1.2 11.55 7.96 -31.1 Tăng(+)/ Giảm(-) Tăng(+)/ Giảm(-) 1.3.2 Xu phát triển tự động hóa LĐPP - Lưới điện phân phối Quảng Ngãi phát triển đại hóa khơng ngừng thiết bị điện tử thông minh (IEDs) đời phục vụ cho việc điều khiển đóng/cắt, thu thập liệu từ xa cho thiết bị RMU, LBS, Recloser 1.3.3 Các mơ hình triển khai tự động hóa LĐPP Ngày nay, tự động hóa lưới phân phối lĩnh vực rơle có hai xu hướng ứng dụng phổ biến, là: - Hệ thống tự động hóa tập trung (Centralizel Automation) - Hệ thống tự động hóa phân tán (Decentralizel Automation) 6 Chƣơng QUY TRÌNH GIẢI PHÁP DAS VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP PHỐI HỢP BẢO VỆ TRONG TỰ ĐỘNG HÓA LĐPP 2.1 Giới thiệu chung hệ thống tự động hóa lƣới điện phân phối (LĐPP) Hệ thống tự động hóa LĐPP (DAS) hệ thống tự động kiểm soát chế độ làm việc LĐPP nhằm phát phần tử bị cố tách khỏi vận hành đồng thời phục hồi việc cấp điện cho phần tử không bị cố đảm bảo cung cấp điện liên tục DAS áp dụng phổ biến nước phát triển, đặc biệt Nhật Bản số nước khác cho phép nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, giảm thiểu thời gian điện cố mạng phân phối Đối với hệ thống tự động hóa lưới phân phối, việc giám sát điều khiển từ xa trạm phân phối thứ cấp vấn đề chủ chốt Chính thế, việc trao đổi thơng tin thành phần hệ thống quản lý phân phối (DMS) dựa giao thức phổ biến bảo mật Quan điểm truyền tin phải linh động công nghệ môi trường truyền tin khác để phù hợp với điều kiện địa lý hạ tầng 2.2 Quy trình giải pháp cơng nghệ DAS cho LĐPP 2.2.1 Phối hợp thiết bị tự đóng lại (recloser) phân đoạn Đối với lưới điện mạch vòng cấp điện từ nhiều nguồn việc sử dụng recloser phân đoạn thực tự động hóa mạch vòng, lập phân đoạn cố tái cấu trúc mạng điện theo nguyên tắc sau: - Nguyên tắc 1: Recloser khóa sau số lần cài đặt đóng lặp lại không thành công - Nguyên tắc 2: FR cắt bị nguồn - Nguyên tắc 3: MR tự động chuyển nhóm bảo vệ chế độ đóng cắt lại lần khoảng thời gian ngắn sau bị nguồn - Nguyên tắc 4: TR tự động chuyển nhóm bảo vệ đóng lại lần khoảng thời gian ngắn phía nguồn phía có nguồn - Ngun tắc 5: FR đóng lại nhận thấy nguồn cung cấp trở lại sau cắt nhận thấy có nguồn từ hai phía - Ngun tắc 6: MR đóng khơi phục lại nhóm bảo vệ ban đầu nhận thấy có nguồn từ hai phía - Nguyên tắc 7: TR cắt nhận thấy cơng suất giảm khoảng 50% hướng cơng suất qua đổi chiều 2.2.2 Phối hợp thiết bị tự đóng lại (recloser) với dao cách ly dao cắt có tải tự động làm thiết bị phân đoạn Khi có cố phân đoạn LBS LBS recloser LBS tự động phối hợp làm việc theo ngun tắc trình bày nhằm lập phân đoạn bị cố, đồng thời báo tình trạng thiết bị đóng cắt, số lần đóng lập lại recloser trung tâm điều khiển qua hệ thống SCADA Lúc recloser Mid Recloser (ARM) nối nguồn TBA1 TBA2 thực tự động phối hợp đóng cấp điện cho phân đoạn (LBS3 - ARM) Nhân viên điều hành lưới điện vào số liệu hình SCADA tình trạng thiết bị điện, số lần đóng cắt recloser, phán đoán phân đoạn bị cố đưa phương thức vận hành tối ưu triển khai thực đóng lại LBS3 từ xa để cấp điện cho phân đoạn (LBS2 - LBS3) không bị cố Thông báo cho đơn vị quản lý lưới điện kiểm tra sửa chữa khắc phục cố phân đoạn LBS1 -LBS2 a Nguyên tắc đếm xung đóng cắt dao cách ly, dao cắt có tải - Nguyên tắc đếm xung dòng ngắn mạch dao cách ly dao cắt có tải: Máy biến dòng thường sử dụng biến dòng chân sứ lắp đặt sẵn dao cách ly dao cắt có tải, nhiên sử dụng biến dòng lắp đặt bên ngồi Khi dòng điện qua máy biến dòng vượt q giá trị cài đặt trước (thường lấy 80% dòng khởi động recloser), rơle số ghi nhận tín hiệu đếm xung dòng.Dao cách ly, dao cắt có tải tác động giá trị xung vượt giá trị cài đặt Ta đặt cho rơle số tác động theo một, hai hay ba lần đếm xung Khi số xung mà rơle đếm với số lần đặt trước rơle tác động điều khiển tác động cắt dao cách ly, dao cắt có tải (mở tiếp điểm) b Nguyên tắc đếm xung điện áp dao cách ly dao cắt có tải: Máy biến điện áp thường sử dụng biến điện áp kiểu tụ lắp đặt sẵn dao cách ly dao cắt có tải, nhiên sử dụng biến điện áp lắp đặt bên Khi điện áp đặt lên dao cách ly, dao cắt có tải thay đổi từ Uđm ÷ rơle số ghi nhận tín hiệu đếm xung Dao cách ly, dao cắt có tải tác động giá trị xung vượt giá trị cài đặt Tương tự ta đặt cho rơle số tác động theo một, hai hay ba lần đếm xung Khi số xung mà rơle đếm với số lần đặt trước rơle, tác động điều khiển tác động cắt dao cách ly, dao cắt có tải (mở tiếp điểm) Khi điện áp đặt lên dao cách ly dao cắt có tải trạng thái bình thường trì thời gian t cài đặt trước, rơle số khôi phục trạng thái ban đầu 2.2.3 Phối hợp thiết bị tự đóng lại (recloser) với dao cách ly phân đoạn tự động (Sectionalizer) Đặc điểm dao cách ly phân đoạn tự động thiết bị cắt mạch điện với dòng tải nhỏ dòng điện định mức có khả đóng mạch điện với dòng ngắn mạch nhỏ dòng ngắn mạch định mức Nói cách khác: dao cách ly phân đoạn tự động có khả đóng dòng ngắn mạch khơng cắt dòng ngắn mạch, có giá thành thường đắt dao cắt có tải rẻ recloser Để tự động phân đoạn cách ly điểm bị cố, dao cách ly phân đoạn tự động trang bị hệ thống điều khiển điện có khả làm việc theo chương trình lập sẵn 2.3 Các phƣơng pháp phối hợp bảo vệ LĐPP 2.3.1 Phối hợp bảo vệ rơle recloser Đối với rơle hệ cũ việc phối hợp tương đối phức tạp cố xảy chúng có hệ số trở đĩa quay Do phối hợp recloser với rơle điện ta phải ý cộng tất khoảng thời gian tích lũy sai số cho rơle recloser tác động nhiều lần 2.3.2 Phối hợp bảo vệ rơle rơle Hiện nay, người ta có xu hướng sử dụng rơle q dòng với đặc tính phụ thuộc bảo vệ thơng thường thay cho rơle với đặc tính độc lập, khơng tương ứng với khả chịu dòng đối tượng bảo vệ Điều có nghĩa: Khi dòng ngắn mạch thay đổi phạm vi rộng rơle lại cắt cố với thời gian Với dòng ngắn mạch lớn qua đối tượng bảo vệ rơle chưa tác động, với dòng ngắn mạch nhỏ rơle lại cắt sớm gây gián đoạn chế độ làm việc liên tục đối tượng bảo vệ Nguyên tắc phối hợp rơle liền kề Để phối hợp tốt rơle dòng liền kề với đặc tuyến phụ thuộc, ta cần phải thực nguyên tắc sau: - Đặc tuyến bảo vệ phải nằm có độ nghiêng gần với đặc tuyến chịu dòng an tồn đối tượng bảo vệ tốt Sử dụng bảo vệ liền kề có độ dốc đặc tuyến gần giống - Các bảo vệ xa nguồn có giá trị đặt dòng nhỏ so với bảo vệ gần nguồn - Chọn thời gian đặt phải thực cho rơle tác động với thời gian nhỏ điểm cuối đường dây - Khi có ngắn mạch điểm chuyển tiếp bảo vệ liền kề, thời gian tác động bảo vệ lân cận cần phải khác biệt khoảng thời gian độ phân cấp thời gian xác định chế độ cực đại hệ thống 2.3.3 Phối hợp máy cắt kết hợp tự đóng lại với cầu chì Phối hợp máy cắt tự đóng lại (Rec) cầu chì phương pháp dựa đặc tính T-C điều chỉnh hệ số nhân Phương pháp nêu chi tiết mục Cầu chì phía nguồn (phía cao) bảo vệ cho MBA phần tử việc chọn đặc tuyến Rec Sau chọn đặc tuyến Rec để phối hợp với cầu chì đầu nguồn cầu chì phụ tải chọn để phối hợp với Rec 9 Chƣơng GIẢI PHÁP TỰ ĐỘNG HĨA MẠCH VỊNG CHO LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THÀNH PHỐ QUẢNG NGÃI 3.1 Đánh giá trạng LĐPP Thành phố Quảng Ngãi a Nguồn cung cấp: - Từ trạm biến áp 110kV - E16 Quảng Ngãi : 25 x 40 MVA - Từ trạm biến áp 110kV - Quảng Phú: 40 x 40 MVA - Từ trạm biến áp 110kV -E17 Tịnh Phong: 40 x40 MVA b Lưới điện phân phối: Cấu trúc lưới phân phối 22kV địa bàn thành phố Quảng Ngãi pha dây, trung tính nối đất trực tiếp đầu nguồn phía 22kV máy biến áp 110/22kV, chế độ vận hành bình thường vận hành hở, hình tia dạng xương cá Để tăng cường độ tin cậy cung cấp điện, xuất tuyến 22kV liên lạc với điểm mở dao cách ly, dao cách ly có tải recloser tạo nên cấu trúc mạch vòng vận hành hở, mạch vòng chủ yếu để phục vụ chuyển tải cấp điện cắt điện công tác xử lý cố 3.2 Đặc điểm trạng giải pháp mạch vòng xuất tuyến 476-E17 475-E16 3.2.1 Đặc điểm trạng Xuất tuyến 476-E17 cấp điện cho phụ tải khu vực trung tâm thị trấn Sơn Tịnh, bắc cầu Trà Khúc khu hành nghiệp hộ sản xuất kinh doanh nhỏ lẻ Đây xuất tuyến cấp cho khu vực trung tâm phía bắc Thành Phố Quảng Ngãi Chiều dài trục 5,992 km, dây dẫn sử dụng dây nhơm A/XLPE-185mm2 Tồn xuất tuyến có 46 trạm biến áp với tổng dung lượng 18.545 kVA Công suất cao điểm khoảng 5,0 MW Trục có lắp đặt 01 recloser phân đoạn vị trí 476-E17/61 Tại nhánh rẽ đầu trạm biến áp có lắp FCO loại khơng có buồng dập hồ quang để bảo vệ Xuất tuyến 475-E16 cấp điện chủ yếu cho phụ tải đường Hai Bà Trưng,Khu đê bao, phụ tải sinh hoạt số khách hàng lớn thuộc khu vực Trung tâm thành phố Quảng Ngãi Chiều dài trục 3,142 km, dây dẫn sử dụng loại dây nhơm A/XLPE -185mm2 Tồn xuất tuyến có 37 trạm biến áp với tổng dung lượng 13.730 kVA Công suất cao điểm khoảng 4,8 MW Trục có lắp đặt 01 recloser phân đoạn vị trí 475-E16/03 Tại nhánh rẽ đầu trạm biến áp có lắp FCO loại khơng có buồng dập hồ quang để bảo vệ Trong phương thức vận hành bản, xuất tuyến 475-E16 476-E17 cấp điện đến vị trí cầu dao liên lạc 475-E16-476-E17/44 (mạch vòng vận hành hở) Sơ đồ phương thức cấp điện Nhận xét: Qua phân tích đánh giá tình trạng vận hành mạch vòng trạng ta có nhận xét sau: - Nhược điểm mạch vòng xảy cố đầu nguồn hai xuất tuyến, việc thao tác đóng cắt dao cách ly để hỗ trợ liên lạc phải thực tay, ảnh hưởng đến thời gian điện 10 Hình 3.1: Sơ đồ xuất tuyến 472-E31 479-E27 trạng - Recloser vị trí trụ 475-E16/03 bố trí gần máy cắt đầu nguồn, khơng phát huy hiệu thiết bị bảo vệ phân đoạn, có tình cố sau recloser 475- E16/03 phạm vi điện lớn, ảnh hưởng đến tiêu độ tin cậy cung cấp điện 3.2.2 Giải pháp cải tạo mạch vòng xuất tuyến 476-E17 475-E16 Nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, phương án đề xuất lắp thêm Recloser có điều khiển SCADA vị trí 475-E16-476-E17/44 hình 3.2 với nhiệm vụ liên lạc hai xuất tuyến 475-E16 476-E17 Giải pháp thay thế, bố trí xếp lại thiết bị sau: - Lắp 01 Recloser + DCL vị trí liên lạc475-E16-476-E17/44 - Chuyển recloser vị trí 475-E16/03 lắp vị trí trụ475-E16/26 Hình 3.2: Sơ đồ xuất tuyến 475-E16-476-E17/44 sau cải tạo Giải pháp lắp recloser bố trí lại thiết bị đóng cắt phân đoạn mang lại hiệu sau: - Recloser liên lạc vị trí 475-E16-476-E17/44 hoạt động chế độ thường mở Khi phát nguồn từ phía mạch vòng recloser tác động đóng để cấp nguồn cho phụ tải không bị cố Hạn chế thời gian phạm vi điện - Việc chuyển recloser vị trí 475-E16/03 lắp vị trí trụ 475-E16/26 nhằm mục đích hạn chế khu vực phạm vi điện khách hàng tình cố sau recloser 475-E16/03 chế độ vận hành * Nhằm đánh giá tình hình mang tải đường dây chất lượng điện áp nút hỗ trợ cấp điện mạch vòng xuất tuyến 476-E17 475-E16 tình cố F1 F2 11 - Khi có tình cố F1, MC 475-E16 cắt cô lập điểm cố, recloser phân đoạn vị trí 475E16/26 tác động cắt, xuất tuyến 476-E17 cấp điện cho toàn phụ tải sau recloser 475-E16/26 Tình hình mang tải xuất tuyến 476-E17 khoảng 6,615MW, điện áp cuối nguồn vị trí 476-E17/26 23.01 kV, so với điện áp đầu nguồn 23.1kV (sụt áp 0.1kV) Điện áp đảm bảo yêu cầu vận hành Hình 3.3 Chế độ vận hành xuất tuyến 476-E17 cố F1 - Khi có tình cố F2 (hình 3.4), MC 476-E17cắt lập điểm cố, recloser phân đoạn vị trí 476-E17 /61 tác động cắt, xuất tuyến 475-E16 cấp điện cho toàn phụ tải sau recloser 476E17 /61 Tình hình mang tải xuất tuyến 475-E16 khoảng 8,824MW, điện áp cuối nguồn vị trí 476-E17/26 22.9 kV, so với điện áp đầu nguồn 23.1kV (sụt áp 0.2kV) Điện áp đảm bảo yêu cầu vận hành Hình 3.4 Chế độ vận hành xuất tuyến 475-E16 cố F2 Nhận xét: Như vậy, qua mô chế độ vận hành chương trình PSS/ADEPT tình có cố nguồn, việc chuyển cấp điện từ nguồn lại hồn tồn đảm bảo u cầu cấp điện 3.2.3 Chế độ vận hành mạch vòng xuất tuyến 476-E17 475-E16 sau cải tạo 12 Nhằm đánh giá hiệu việc bố trí thiết bị bảo vệ cho mạch vòng xuất tuyến 476-E17 475E16sau cải tạo Ta đánh giá, phân tích chế độ vận hành bình thường, chế độ cố khôi phục cố điểm ngắn mạch F1, F2, F3, F4 sơ đồ hình 3.5 Hình 3.5 Chế độ vận hành cố điểm ngắn mạch F1, F2, F3, F4 a Chế độ vận hành bình thường Hai xuất tuyến 476-E17 475-E16 vận hành độc lập cấp điện đến vị trí recloser liên lạc 475-E16476-E17/44 (ở vị trí mở) Các máy cắt hợp đầu xuất tuyến recloser phân đoạn bảo vệ cho tồn tuyến cài đặt chỉnh định với giá trị phù hợp nhằm đảm bảo cho việc tự đóng lặp lại phát lập cố có ngắn mạch trì Mặc khác, đường dây trang bị thêm cầu dao cách ly thông thường giúp tạo khoảng hở trông thấy đơn vị thi công thực công tác sửa chữa bảo trì b Chế độ cố khơi phục cố Trong sơ đồ mạch vòng, ta thấy việc bố trí recloser phân đoạn 476-E17/61 476-E17/26 đối xứng Do ta chọn xuất tuyến 475-E16 làm sơ đồ điển hình cho việc phân tích chế độ vận hành cố khơi phục cố  Tình cố F1 - Thực cách ly cố định lại cấu hình hệ thống: Feeder Recloser (FR) khởi động cắt MC 475-E16 đóng lại số lần đặt trước để cố gắng cấp điện lại F1 cố thống qua.Nếu F1 cố trì FR cắt khóa lại sau kết thúc chuỗi tác động Sơ đồ mạch vòng cố F1 Mid-point Recloser (MR) không khởi động trường hợp khơng có dòng cố qua TĐH mạch vòng đưa tín hiệu cắt MR (Recloser 475-E16/26) để cô lập vùng cố 13 Tie Recloser (TR) cảm nhận nguồn phía đường dây 475-E16 nên đóng lại sau khoảng thời gian đặt trước để cấp điện cho phụ tải qua nguồn từ xuất tuyến 476-E17 vùng từ MC 475-E16 đến recloser 475-E16 /26 bị cố điện - Thực phục hồi lại hệ thống: Nhân viên vận hành khắc phục xong cố.Sau TĐH mạch vòng đưa tín hiệu đóng MR FR cảm nhận điện áp nguồn phục hồi trở lại nên đóng trở lại máy cắt 475-E16 MR trở lại cấu hình cài đặt ban đầu cảm nhận điện áp hai phía phục hồi TR cảm nhận dòng cơng suất qua giảm 50% TĐH mạch vòng đưa tín hiệu cắt TR kết lưới trở lại ban đầu  Tình cố F2 Sơ đồ mạng cách ly cố F2 - Thực cách ly cố định lại cấu hình hệ thống: Mid-Point Recloser vị trí 475-E16/26 thực đóng lặp lại với số lần đặt trước.Nếu F2 cố trì MR cắt khóa lại kết thúc chuỗi tác động Tie Recloser cảm nhận nguồn phía đường dây nên đóng lại sau khoảng thời gian cài đặt trước để cấp điện từ xuất tuyến 476-E17 cho phụ tải Nếu F2 trì cố TR đóng lặp lại lần để khắc phục khóa sau chuỗi đóng lặp lại - Thực phục hồi lại hệ thống: Nhân viên vận hành khắc phục xong cố Sau TĐH mạch vòng đưa tín hiệu đóng MR MC trở lại cấu hình cài đặt ban đầu Sơ đồ kết lưới trở lại ban đầu 14 Chƣơng ỨNG DỤNG PHẦN MỀM PSS/ADEPT VÀ TÍNH TỐN PHỐI HỢP BẢO VỆ XUẤT TUYẾN 476-E17 VÀ 475-E16 4.1 Giới thiệu phần mềm PSS/ADEPT Phần mềm PSS/ADEPT tên đầy đủ Power System Simulator/Advanced Distribution Engineering Productivity Tool  Các tính chính: - Tính tốn chế độ xác lập hệ thống lưới điện pha dây pha dây - Tính tốn loại ngắn mạch hệ thống - Tính tốn xác định vị trí tụ bù - Tính tốn tìm điểm mở tối ưu - Tính tốn khởi động động - Tính tốn mơ hoạ tần sóng hài nút - Tính tốn phối hợp lắp đặt bảo vệ - Tính tốn độ tin cậy hệ thống  Các chức ứng dụng: PSS/ADEPT cung cấp đầy đủ công cụ (Tools) cho việc thiết kế phân tích luới điện cụ thể Với PSS/ADEPT, có thể: - Vẽ sơ đồ cập nhật lưới điện giao diện đồ họa - Việc phân tích mạch điện sử dụng nhiều loại nguồn không hạn chế số nút - Hiển thị kết tính tốn sơ đồ lưới điện - Xuất kết dạng report sau phân tích tính tốn - Nhập thơng số cập nhật dễ dàng thông qua data sheet thiết bị  Các phân hệ PSS/ADEPT: Các module bao gồm: - Bài tốn tính phân bố cơng suất (Load Flow – module có sẵn) - Bài tốn tính ngắn mạch (All Fault- module có sẵn); - Bài tốn TOPO (Tie Open Point Optimization), phân tích điểm dừng tối ưu; - Bài toán CAPO (Optimal Capacitor Placement), đặt tụ bù tối ưu; - Bài tốn tính tốn thơng số đường dây (Line Properties Culculator); - Bài toán phối hợp bảo vệ (Protection and Coordination) - Bài toán phân tích sóng hài (Hamornics): phân tích thơng số ảnh hưởng thành phần sóng hài lưới - Bài tốn phân tích độ tin cậy lưới điện (DRA- Distribution Reliability Analysis): tính tốn thơng số độ tin cậy lưới điện SAIFI, SAIDI, CAIFI,CAIDI…  Các cửa sổ ứng dụng PSS/ADEPT: 15 Cửa số ứng dụng PSS/ADEPT bao gồm nhiều thành phần sau: - Cửa sổ View: bao gồm thông tin cho ứng dụng, đồ họa cửa sổ để thiết kế phân tích sơ đồ mạch điện - Thanh trạng thái (StatusBar) để hiển thị thơng tin trạng thái chương trình PSS/ADEPT tính tốn - Thanh menu (Main Menu) gồm hàm chức PSS/ADEPT - Thanh công cụ (ToolBar) cung cấp tool giúp cho việc vẽ sơ đồ mạch điện thực nhanh chóng dễ dàng 4.2 Tính tốn chỉnh định phối hợp bảo vệ cho xuất tuyến 476-E17 475-E16 4.2.1 Tính tốn chọn thông số * Thông số thiết bị trạng + Xuất tuyến 476-E17 - MC hợp sử dụng hai vị trí đầu xuất tuyến 476-E17 với loại rơle Micom P123 AREVA; tỉ số TI 400/1 - Trên xuất tuyến 476-E17 có Recloser lắp vị trí 476-E17/61 sử dụng loại Recloser Nulec USeries với tủ điều khiển loại ADVC, Tỉ số biến dòng TI 300/1 + Xuất tuyến 475-E16 - MC hợp sử dụng hai vị trí đầu xuất tuyến 475-E16 với loại rơle Micom P123AREVA; tỉ số TI 400/1 - Trên xuất tuyến 475-E16 có Recloser lắp vị trí 475-E16/26 sử dụng loại Recloser Nulec USeries với tủ điều khiển loại ADVC, Tỉ số biến dòng 300/1A * Thiết bị Recloser lắp vị trí 475-E16-476-E17/44: Để đồng với recloser có, ta chọn loại Recloser Nulec U-Series với tủ điều khiển loại ADVC có kết nối Scada, tỉ số biến dòng 300/1A * Tính tốn dòng ngắn mạch qua thiết bị phần mềm PSS/ADEPT Nhập thơng số vào chương trình PSS/ADEPT ta thông số ngắn mạch vị trí thuộc xuất tuyến 476-E17 475-E16theo bảng 4.1 bảng 4.2 4.2.2 Tính tốn giá trị chỉnh định cho thiết bị bảo vệ a Bảo vệ dòng pha:  Bảo vệ dòng cắt nhanh:  Bảo vệ q dòng có thời gian  Bảo vệ q dòng có khởi động q áp  Bảo vệ dòng chạm đất:  Bảo vệ dòng chạm đất cắt nhanh  Bảo vệ dòng chạm đất có thời gian 4.2.2.2 Áp dụng tính tốn trị số chỉnh định rơle 16 Dòng khởi động (A) Dòng đặt (A) Độ nhạy - Bảo vệ cắt nhanh (50) 4506 2000 1.58 - Bảo vệ dòng (51) 578 350 9.03 - Quá dòng chạm đất cắt nhanh (50N) 3967 1200 2.48 - Quá dòng chạm đất (51N) 225 75 39.64 - Bảo vệ cắt nhanh (50) 3376 1600 1.50 - Bảo vệ dòng (51) 578 270 8.89 - Quá dòng chạm đất cắt nhanh (50N) 2452 1000 1.98 - Quá dòng chạm đất (51N) 169 60 33.00 - Bảo vệ cắt nhanh (50) 4628 2000 1.51 - Bảo vệ dòng (51) 578 400 7.55 - Quá dòng chạm đất cắt nhanh (50N) 4493 1200 3.06 - Quá dòng chạm đất (51N) 231 75 48.96 - Bảo vệ cắt nhanh (50) 4051 1600 1.75 - Bảo vệ dòng (51) 578 300 9.36 - Quá dòng chạm đất cắt nhanh (50N) 3679 1000 2.93 - Quá dòng chạm đất (51N) 203 60 48.90 - Bảo vệ cắt nhanh (50) 3169/2995 1200 1.78/1.92 - Bảo vệ dòng (51) 577/578 200 10.6/11.5 2214/2365 700 2.44/2.74 158/150 40 42.7/47.9 Loại bảo vệ Máy cắt 476-E17 Recloser 476-E17/61 Máy cắt 475-E16 Recloser 475-E16/26 Recloser 475E16-476E17/44 - Quá dòng chạm đất cắt nhanh (50N) - Quá dòng chạm đất (51N) 4.2.3 Phối hợp bảo vệ thiết bị phần mềm VPROII Căn vào thông số tính tốn, ta tiến hành phối hợp thiết bị bảo vệ xuất tuyến 476-E17 475-E16 với yêu cầu chọn lọc, nhanh đảm bảo độ nhạy Các đường đặc tính chọn phải đảm bảo yêu cầu thời gian bảo vệ cho máy cắt tổng Trung tâm điều độ Hệ thống điện miền Trung quy định 17 Bảng 4.4 Bảng hệ số nhân thời gian Tp cho đặc tuyến thời gian phụ thuộc Quá dòng Ikđ (A) Đặc tuyến IN M (A) Đặt t (s) A p Tp Chọn Kiểm tra Tp t (s) Rơle 476-E17 Pha IEC Dốc tiêu chuẩn 400 3755 0.5 0.14 0.02 0.163 0.16 0.489 Đất IEC Dốc tiêu chuẩn 75 3306 0.5 0.14 0.02 0.280 0.29 0.516 Recloser 476-E17/61 Pha IEC Dốc tiêu chuẩn 270 2813 0.3 0.14 0.02 0.102 0.1 0.291 Đất IEC Dốc tiêu chuẩn 60 2043 0.3 0.14 0.02 0.156 0.17 0.325 0.14 0.02 0.165 0.16 0.483 0.14 0.02 0.290 0.29 0.499 Rơle 476-E16 Pha IEC Dốc tiêu chuẩn 400 3857 Đất IEC Dốc tiêu chuẩn 75 3744 0.5 0.5 Recloser 475-E16/26 Pha IEC Dốc tiêu chuẩn 300 3376 0.3 0.14 0.02 0.106 0.1 0.282 Đất IEC Dốc tiêu chuẩn 60 3066 0.3 0.14 0.02 0.175 0.17 0.29 Recloser 475E16-476E17/44 Pha IEC Dốc tiêu chuẩn 200 2496 0.1 0.14 0.02 0.036 0.05 0.135 Đất IEC Dốc tiêu chuẩn 40 1971 0.1 0.14 0.02 0.057 0.05 0.086 4.3 Tính tốn tiêu độ tin cậy cung cấp điện phần mềm PSS/ADEPT cho mạch vòng 476-E17 475-E16 trƣớc sau cải tạo 4.3.1 Giới thiệu chung Theo quy định cụ thể sau: - Suất cố thoáng qua đường dây trung thế: 12 vụ / 100km.năm - Suất cố vĩnh cửu đường dây trung thế: 3,6 vụ / 100km.năm - Suất cố vĩnh cửu TBA: 1,8 vụ / 100MBA.năm 4.3.2 Các tiêu đánh giá độ tin cậy cung cấp điện Để đánh giá độ tin cậy cung cấp điện lưới phân phối, công ty điện lực sử dụng phần mềm PSS/ADEPT để tính tốn độ tin cậy  SAIDI (System Average Interruption Duration Index ): Chỉ số thời gian điện trung bình lưới điện phân phối SAIDI tính tổng thời gian mất điện kéo dài khách hàng sử dụng điện chia cho tổng số khách hàng sử dụng điện  SAIFI (System Average Interruption Frequency Index): Chỉ số số lần điện trung bình lưới điện phân phối SAIFI tính tổng số khách hàng bị điện kéo dài chia cho tổng số khách hàng sử dụng điện khu vực  MAIFI (Momentary Average Interruption Frequency Index): Chỉ số số lần điện thống qua trung bình lưới điện phân phối MAIFI tính tổng số khách hàng bị điện thoáng qua chia cho tổng số khách hàng sử dụng điện khu vực Bảng 4.7 Số liệu tính toán độ tin cậy cung cấp điện 18 Tên thiết bị Cƣờng độ hỏng hóc vĩnh cửu (λvc) Cƣờng độ hỏng hóc thống qua (λtq) Thời gian sửa chữa (r) Máy biến áp 0,006 0,004 6,0 Máy cắt 0,028 4,5 Recloser 0,017 4,0 Đường dây 0,030 0,04 3,8 Cầu chì 0,0011 0,0007 1,6 3,7 Dao cách ly, LBS 0,015 4.3.3 Tính tốn tiêu độ tin cậy cung cấp điện Cung đoạn TT Chiều dài (m) Tiết diện dây (mm2) 1.100 A/X 185 Công suất tải Kw Số khách hàng 500 27 XT 476-E17 01-32 32-61 1.500 A/X 185 600 350 61-75 800 A/X 185 1000 1389 75-82 250 A/X 185 3000 1048 82-108 650 A/X 185 600 397 XT 475-E16 01-03 1.500 A/X 185 500 200 03-15 700 A/X 185 100 1255 15-26 800 A/X 185 1000 2000 26-44 700 A/X 185 2000 1653 4.3.3.1 Tính tốn cho xuất tuyến 476-E17 475-E16 trạng Trong chế độ vận hành bình thường xuất tuyến 476-E17 475-E16liên lạc qua cầu dao cách ly vị trí liên lạc 476-E17 475-E16/44 (ở vị trí mở) Thao tác máy cắt phối hợp với recloser dao cách ly liên lạc đóng cắt tayvới thời gian thao tác khoảng 30 phút Sơ đồ kết lưới trạng tính tốn độ tin cậy mơ chương trình PSS/ADEPT 4.3.3.2 Tính cho xuất tuyến 476-E17 475-E16 sau cải tạo - Thay DCL vị trí liên lạc 476-E17 475-E16/44 Recloser - Chuyển recloser vị trí 475-E16/03 lắp vị trí trụ475-E16/26 Sắp xếp lại thiết bị đóng cắt, tự động hóa mạch vòng, hạn chế đến mức thấp số lượng khách hàng điện có tình cố Ta có sơ đồ tính tốn độ tin cậy sau cải tạo mơ chương trình PSS/ADEPT 19 Hình 4.10 - Sơ đồ tính tiêu độ tin cậy XT 476-E17 475-E16 sau cải tạo Thơng qua mơ hình tự động hóa mạch vòng lưới phân phối cho xuất tuyến 476-E17 475-E16 cải tạo, ta tiến hành tính tốn so sánh tiêu độ tin cậy xuất tuyến xem xét so với lúc chưa cải tạo Sử dụng phân hệ DRA PSS/ADEPT cho ta kết tính tốn độ tin cậy với tiêu chí SAIFI, SAIDI, CAIFI, CAIDI bảng 4.8 Bảng 4.8 So sánh số độ tin cậy trước sau cải tạo Chỉ số độ tin cậy Trƣớc cải tạo Sau cải tạo SAIDI SAIFI CAIFI 4.08 0.99 1.10 3.75 0.98 1.1 CAIDI 4.35 3.83 Nhận xét: Từ kết tính tốn ta nhận thấy tự động hoá lưới điện phân phối, số độ tin cậy cung cấp điện như: Tần suất điện trung bình hệ thống (SAIFI), thời gian điện trung bình hệ thống (SAIDI), thời gian điện trung bình khách hàng (CAIDI), tần suất điện trung bình khách hàng (CAIFI) giảm đáng kể Đồng nghĩa với việc nâng cao độ tin cậy cung cấp điện Trong chương ta tính tốn thơng số ngắn mạch phụ tải cực đại phụ tải cực tiểu điểm đường dây Trên cở sở thông số tính tốn, luận văn xây dựng cácđường đặc tuyến phối hợp thiết bị dựa phần mềm VPROII Với việc ứng dụng mơ hình tự động hóa lưới điện phân phối, thơng qua đề xuất lắp đặt thêm thiết bị đóng cắt để hồn thiện mạch vòng cho xuất tuyến 476-E17 475-E16 Ta có số nhận xét sau: - Các thiết bị bảo vệ tự động áp dụng cải tạo lưới phân phối đảm bảo tính chọn lọc tác động; độ tin cậy cung cấp điện cho khách hàng nâng cao - Các kết đạt qua việc áp dụng tự động hóa mạch vòng điển hình cho xuất tuyến 476E17 475-E16 Thành phố Quảng Ngãi tham khảo để áp dụng cho xuất tuyến tương tự lưới điện phân phối 20 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Luận văn đề cập vấn đề tự động hóa LĐPP, đồng thời tính tốn phối hợp thiết bị bảo vệ tự động hệ thống điện nhằm mục đích nâng cao độ tin cậy cung cấp điện giảm đến mức thấp khu vực điện Qua kết mô tả chế độ cố lưới điện cho thấy việc triển khai áp dụng cơng nghệ tự động hóa lưới điện phân phối việc lập nhanh điểm cố cung cấp điện an tồn cho vùng khơng bị cố cách nhanh chóng Việc tính tốn tự động hóa mạch vòng điển hình cho xuất tuyến 476-E17 475-E16 cho phép nghiên cứu tiếp tục để xây dựng tính tốn phối hợp cho mạch vòng tương tự lưới điện Thành phố Quảng Ngãi Đây đề tài thực tế, với mong muốn đưa giải pháp đảm bảo cấp điện an toàn liên tục cho khách hàng sử dụng điện Đặc biệt lưới điện phân phối thành phố lớn việc ngưng cung cấp điện lâu dài khách hàng lớn, quan trọng gây nhiều thiệt hại đáng kể ảnh hưởng đến tiêu cung cấp điện.Vì việc áp dụng tự động hóa mạch vòng giải pháp cần quan tâm đầu tư phát triển Qua nghiên cứu tính tốn thực tế ứng dụng cho thấy: - Ứng dụng công nghệ DAS giúp hạn chế khu vực, phạm vi điện có tình cố Ngồi DAS giúp nhân viên vận hành theo dõi, giám sát chất lượng điện lưới điện, từ đưa giải pháp phù hợp để đảm bảo lưới điện vận hành cách hợp lý - Có thể áp dụng tự động hóa mạch vòng cho tất xuất tuyến có cấu trúc kín, vận hành hở - Nên sử dụng thiết bị bảo vệ có đặc tính thời gian phụ thuộc để giảm thời gian tác động bảo vệ, bảo vệ gần nguồn - Để tăng độ tin cậy, giảm thiểu khu vực bị điện mà không làm tăng thời gian tác động bảo vệ đầu nguồn cần phải lắp thêm thiết bị phân đoạn SEC xuất tuyến có cấu trúc mạch vòng Tuy nhiên cần lưu ý: - Việc thiết bị phải đóng cắt nhiều lần để loại bỏ cố khả ảnh hưởng đến chất lượng điện khách hàng - Chi phí đầu tư cao việc mua sắm thay vật tư thiết bị đồng cho hệ thống tự động hóa giai đoạn đầu Đề xuất: Công ty Điện lực xem xét định hướng giải pháp tự động hóa từ khâu mua sắm vật tư, thiết bị để lắp đặt lưới điện cơng trình đầu tư Tránh trường hợp phải thay thiết bị đóng cắt có triển khai tự động hóa, gây lãng phí Do khả tiếp cận với tài liệu hạn chế, kết đạt áp dụng phạm vi lưới điện phân phối tỉnh Quảng Ngãi, chưa có điều kiện để mở rộng cấu trúc lưới điện khác Tác giả mong nhận bảo, góp ý tận tình thầy, cô giáo  ... cứu đề tài Giải pháp tự động hóa cho lưới điện phân phối Thành phố Quảng Ngãi MỤC ĐÍCH VÀ MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU - Mục đích: Đề xuất giải pháp phối hợp, xếp thiết bị đóng cắt lưới điện trung áp... trung áp nhằm nâng cao lực tự động hóa lưới điện - Mục tiêu: Tính tốn phối hợp thiết bị tự động, tiêu độ tin cậy cung cấp điện cho lưới điện phân phối Thành phố Quảng Ngãi ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI... TRÌNH GIẢI PHÁP DAS VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP PHỐI HỢP BẢO VỆ TRONG TỰ ĐỘNG HÓA LĐPP 2.1 Giới thiệu chung hệ thống tự động hóa lƣới điện phân phối (LĐPP) Hệ thống tự động hóa LĐPP (DAS) hệ thống tự động