Nghiên cứu tính toán và lựa chọn cấu trúc hợp lý lưới điện phân phối 22kV huyện Sơn Hà, tỉnh Quảng Ngãi.PDF

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRẦN TIẾN VŨ NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN VÀ LỰA CHỌN CẤU TRÚC HỢP LÝ LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 22KV HUYỆN SƠN HÀ, TỈNH QUẢNG NGÃI C C R UT.L D Chuyên ngành Mã số : Kỹ thuật điện : 8520201 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN Đà Nẵng – Năm 2020 Cơng trình hồn thành ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Ngƣời hƣớng dẫn khoa học : TS TRẦN VINH TỊNH Phản biện 1: TS Trần Tấn Vinh Phản biện 2: TS Lê Hữu Hùng C C R UT.L Luận văn đựơc bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ kỹ thuật họp Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng vào ngày 30 tháng năm 2020 D Có thể tìm hiểu Luận văn tại:  Trung tâm Học liệu Truyền thông, Trường ĐHBK - ĐHĐN  Thư viện Khoa Điện, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Xuất phát từ mục tiêu: - Đảm bảo an toàn, chất lượng độ tin cậy cung cấp điện - Nâng cao chất lượng quản lý vận hành phát huy tính hiệu kinh tế đầu tư xây dựng cơng trình điện Bộ Năng lượng (nay Bộ Công thương) ban hành Quyết định số 1867 NL/KHKT vào ngày 12/9/1994 quy định tiêu chuẩn kỹ thuật cấp điện áp trung [17] tạo tiền đề cho việc phát triển LĐPP 22kV Khi LĐPP miền Trung nói chung LĐPP Quảng Ngãi nói riêng vận hành với cấu trúc lưới pha dây, chiều dài cấp điện LĐPP dài hàng chục kilơmét, có số tuyến đường dây dài 50km Vận hành lưới điện thực tế cho thấy: - Trên LĐPP tồn KĐX CĐVH - Đối với trạm vùng có điện trở suất đất lớn, đặc biệt vùng đồi núi, ĐTNĐ TBA nguồn 110/22kV theo tiêu chuẩn kỹ thuật phải nhỏ 0,5Ω- để xử lý vấn đề khó khăn - Nhiều xảy trường hợp chạm đất pha điểm xa nguồn, thiết bị bảo vệ máy cắt đầu nguồn không tác động, hậu nguy hiểm cho người động vật Bên cạnh cịn gây q điện áp q dịng điện nên ảnh hưởng lớn đến tuổi thọ thiết bị điện, đặc biệt CSV lắp đặt xa nguồn hư hỏng phổ biến Để giải vấn đề trên, đề tài nghiên cứu tính tốn lựa chọn cấu trúc hợp lý lưới điện phân phối 22kV, so sánh tính tối ưu hai loại cấu trúc lưới pha dây pha dây Để từ áp dụng cho lưới điện phân phối khu vực miền Trung nói chung cụ thể cho lưới điện phân phối huyện Sơn Hà - Quảng Ngãi nói riêng D C C R UT.L 2 Mục đích nghiên cứu Đề tài nghiên cứu thay đổi giá trị dòng điện chạm đất, điện áp tạm thời mà chống sét van phải chịu đựng độ nhạy bảo vệ rơle cấu trúc lưới điện, điện trở suất đất chiều dài đường dây thay đổi Lập bảng số liệu để đánh giá kết lựa chọn cấu trúc hợp lý LĐPP 22kV dựa tiêu chuẩn kỹ thuật NĐHQ Từ làm sở cho việc thiết kế, xây dựng cải tạo cấu trúc công trình LĐPP 22kV huyện Sơn Hà - Quảng Ngãi Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu đề tài lưới điện phân phối 22kV trung tính trực tiếp nối đất khu vực miền Trung huyện Sơn Hà Quảng Ngãi Phạm vi nghiên cứu: - Nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố đến tiêu kỹ thuật yêu cầu NĐHQ - Xác định chiều dài đường dây cấp điện tối ưu LĐPP 22kV sử dụng cấu trúc pha dây pha dây - Kiểm tra đánh giá tính tối ưu LĐPP 22kV huyện Sơn Hà - Quảng Ngãi - Tổng hợp kết quả, lập bảng số liệu lựa chọn cấu trúc hợp lý pha dây pha dây cho LĐPP 22kV nh m phục vụ công tác quản lý vận hành, qui hoạch thiết kế xây dựng cơng trình LĐPP 22kV huyện Sơn Hà - Quảng Ngãi Phƣơng pháp nghiên cứu - Sử dụng phần mềm PSS/ADEPT để mơ phỏng, tính tốn ngắn mạch pha, ngắn mạch hai pha chạm đất, ngắn mạch pha - Tính tốn, xác định giá trị tỷ số X0/X1, R0/R1, dòng điện ngắn mạch, nút đường dây - Lập bảng so sánh kết tính tốn với tiêu chuẩn kỹ thuật NĐHQ, tìm tính tối ưu loại cấu trúc D C C R UT.L Ý nghĩa đề tài Ý nghĩa khoa học - Nghiên cứu đặc điểm loại cấu trúc, so sánh ưu nhược điểm hai loại cấu trúc - Nghiên cứu số yếu tố ảnh hưởng đến việc NĐHQ LĐPP 22kV khu vực miền Trung nói chung LĐPP 22kV huyện Sơn Hà - Quảng Ngãi nói riêng - Ứng dụng phần mềm PSS/ADEPT vào việc mơ phỏng, tính tốn LĐPP 22kV Ý nghĩa thực tiễn đề tài - Làm sở cho việc tổng hợp kết tính toán để so sánh đánh giá tiêu kinh tế - kỹ thuật loại cấu trúc, đưa kết luận cấu trúc hợp lý cho tuyến - Từ đưa đề xuất lựa chọn loại cấu trúc hợp lý, nh m mục đích phục vụ cho cơng tác quản lý vận hành, qui hoạch thiết kế xây dựng cơng trình LĐPP 22kV huyện Sơn Hà - Quảng Ngãi Đặt tên cho đề tài Với nhiệm vụ, mục tiêu đối tượng nghiên cứu trên, đề tài đặt tên là: “Nghiên cứu tính tốn lựa chọn cấu trúc hợp lý lưới điện phân phối 22kV huyện Sơn Hà, tỉnh Quảng Ngãi” Bố cục luận văn MỞ ĐẦU Chương 1: TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI Chương 2: ẢNH HƯỞNG C A C C Y U TỐ Đ N NỐI ĐẤT HIỆU QUẢ LƯỚI 22KV Chương 3: TỔNG TRỞ HỆ THỐNG VÀ GIỚI THIỆU PHẦN MỀM PSS/ADEST Chương 4: T NH TO N VÀ L A CHỌN CẤU TR C H P L LĐPP 22KV D C C R UT.L CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 1.1 Cấu trúc lƣới điện phân phối 1.1.1 Sơ lược cấu trúc lưới điện phân phối LĐPP có nhiệm vụ nhận điện từ trạm biến áp cấp điện áp cao có U=110-220kV để biến đổi thành cấp trung áp U = 6-35kV truyền tải điện qua mạng lưới điện trung áp đến trạm biến áp phụ tải 1.1.2 Kết cấu lưới điện phân phối 1.1.2.1 Khái niệm chung 1.1.2.2 Đường dây tải điện không 1.1.2.3 Đường dây cáp ngầm 1.2 Các dạng cấu trúc lƣới điện phân phối Hiện nay, LĐPP sử dụng nước theo cấu trúc khác Nhưng chủ yếu theo hai dạng cấu trúc LĐPP chuẩn Châu Âu Bắc Mỹ [6] C C R UT.L D Hình 1.1: LĐPP Bắc Mỹ Hình 1.2: LĐPP Châu Âu 1.2.1 Các đặc điểm cấu trúc LĐPP theo chuẩn Bắc Mỹ Cấp điện áp thông thường 6, 10, 15 kV LĐPP có cấu trúc pha dây, trung tính trực tiếp nối đất (hình 1.1) 1.2.2 Các đặc điểm cấu trúc LĐPP theo chuẩn Châu Âu Cấp điện áp thông thường 6, 10, 15, 20 kV LĐPP có cấu trúc pha dây, trung tính trực tiếp nối đất (hình 1.2) 1.2.3 Ưu nhược điểm cấu trúc LĐPP 1.2.3.1 Về vốn đầu tư 1.2.3.2 An toàn vận hành 1.2.3.3 Độ tin cậy cung cấp điện 1.2.3.4 Chất lượng điện 1.2.3.5 Tính linh hoạt vận hành 1.2.3.6 Hành lang lưới điện 1.3 Các chế độ nối đất lƣới điện phân phối 1.3.1 Khái niệm chung nối đất cho ĐD TBA Trong HTĐ, nối đất cho ĐD TBA bao gồm nối đất an toàn, nối đất làm việc nối đất chống sét Nối đất vị trí cột đường dây TBA thường có dạng kiểu cọc, tia, kết hợp C C R UT.L D Hình 1.3 Sơ đồ thay trang bị nối đất 1.3.2 Nối đất đất an toàn cho ĐD TBA 1.3.2.1 Nối đất an toàn Tiêu chuẩn để xác định hiệu trang bị nối đất an toàn điện áp bước Ub điện áp tiếp xúc Utx [5] Do cần quan tâm hai tiêu để đánh giá việc nối đất an toàn 1.3.2.2 Điện áp tiếp xúc điện áp bước a Điện áp tiếp xúc b Điện áp bước 1.3.2.3 Yêu cầu nối đất an toàn cho TBA U b  U bcp  U tx  U txcp (1.18) Từ (1.11), yêu cầu điện trở trang bị nối đất an toàn: rĐ  U txcp IĐ ( Theo [13] để không gây nguy hiểm cho người Utxcp ≤ C C R UT.L 40V 1.3.3 Nối đất làm việc cho ĐD TBA 1.3.3.1 Nối đất làm việc 1.3.3.2 Yêu cầu nối đất làm việc cho TBA Quy phạm trang bị điện 11 TCN-20-2006 yêu cầu độ nhạy bảo vệ rơle TTK sau [10]: D Kn  I N(1) I N(1)   1,5 I KĐ K at I kcb 1.3.4 Nối đất chống sét cho TBA 1.3.4.1 Nối đất chống sét Rxk = αxk.RĐ Trong đó: αxk- hệ số xung kích, phụ thuộc vào dịng điện sét, điện trở suất đất hình thức cấu tạo trang bị nối đất 1.3.4.2 Yêu cầu nối đất chống sét cho TBA Trang bị nối đất cho TBA xem đáp ứng yêu cầu kỹ thuật TB I S Z xk  U 50 % ( ( ( 1.4 Hiện trạng cấu trúc lƣới điện phân phối 22KV Việt Nam LĐPP Việt Nam nói chung miền Trung nói riêng cịn tồn nhiều cấp điện áp (như 6, 10, 15, 22, 35kV), với chế độ làm việc điểm trung tính LĐPP khác 1.5 Kết luận Để tính tốn trang bị nối đất, cần quan tâm đến Utxcp lấy làm giới hạn để tính toán Utx Ub Khi hệ thống thỏa mãn tiêu Utx thỏa mãn tiêu Ub Với TBA 110/(35)22kV dùng chung trang bị nối đất, giá trị điện trở trang bị nối đất phải tính theo yêu cầu nối đất an tồn u cầu khắt khe u cầu nối đất cấu trúc pha dây khắt khe cấu trúc pha dây, cụ thể: Đối với cấu trúc pha dây thực nối đất toàn tuyến qua khu vực đông dân cư, nối đất vị trí có đặt thiết bị MBA điện lực, MBA đo lường, DCL, cầu chì, máy cắt TBĐ khác; thực nối đất cách cột (2 đến khoảng cột) qua khu vực dân cư, riêng nhánh rẽ pha phải nối đất tồn tuyến Cịn cấu trúc pha dây thực nối đất lặp lại (khoảng 200 ÷ 300m có vị trí nối đất lặp lại) cột rẽ nhánh, cột cuối, cột có đặt MBA D C C R UT.L CHƢƠNG ẢNH HƢỞNG C A CÁC YẾU TỐ ĐẾN NỐI ĐẤT HIỆU QUẢ LƢỚI 22KV 2.1 Hệ thống nối đất hiệu Hiện nay, người ta dùng thuật ngữ “nối đất trực tiếp” mà đưa thuật ngữ “nối đất hiệu quả” Chế độ NĐTT lưới điện xem hiệu dựa vào tiêu chuẩn: - Theo tiêu chuẩn Việt Nam 4756-89 việc nối đất nối không thiết bị điện định nghĩa [11] - Theo dẫn VDE 0111/12.66 [8] - Đối với hệ thống lớn, bỏ qua điện trở tác dụng lúc theo tiêu chuẩn AIEE mục 32-1.05 tiêu chuẩn ANSI C62.9 [13]: tất điểm LĐPP 22KV đảm bảo yêu cầu: C C R UT.L X0 X 3    R0   X D Thì hệ thống gọi NĐHQ 2.2 Ảnh hƣởng cấu trúc lƣới điện đến tính hiệu nối đất hệ thống 2.3 Ảnh hƣởng dây trung tính mạng nối đất hiệu 2.4 Ảnh hƣởng điện trở suất đất Điện trở suất đất (ρđ) đại lượng biểu thị đặc tính điện nó, xác định b ng điện trở khối đất n m hai điện cực hình vng có cạnh 1m đặt đối diện cách 1m hình 2.4 [15] 2.5 Q điện áp q dịng điện NMMP lƣới 22KV 2.5.1 Ngắn mạch pha N(1) Giả sử xảy ngắn mạch chạm đất pha A Xem Ce(1) hàm số theo X0/X1 ta có: Ce(1) X0 X0  1 1   X0  X1 X1     a  f1   1  X X0 X  1 2  42 X1 X1    X0  1       X1     X  2  X1    (2.23) 2.5.2 Ngắn mạch hai pha chạm đất N(1,1) Giả sử xảy NM chạm đất pha B pha C Xem Ce(1,1) hàm số theo X0/X1 ta có: X0 X  X1  f 1,1     X1  X 1 X1 C C R UT.L C e(1,1) D So sánh dòng điện N(1) N(1,1) ta có:  (1) IN  (1,1) IN X0 1 X1 2X  X   X X 1 X 2 X1 Từ (2.23), (2.28) (2.29) ta biểu diễn quan hệ hệ số điện áp Ce(1), Ce(1,1) tỷ số dòng điện ngắn mạch IN(1)/IN(1,1) theo tỷ số X0/X1 Các đường đặc tính Ce(1), Ce(1,1) IN(1)/IN(1,1) giao điểm có X0/X1 =1, riêng đường đặc tính Ce(1), Ce(1,1) cịn giao điểm có X0/X1 =4,5 2.6 Kết luận - Hệ thống nối đất hiệu hệ thống mà điểm hệ thống phải có X0/X1 ≤ R0/R1 ≤ điều kiện vận hành 10 với dung lượng phát nguồn - Khi tải KĐX, mạng pha dây có dịng điện TTK trở nhỏ so với mạng pha dây, tính an tồn cấu trúc pha dây cao - Từ công thức (2.3), (2.5), (2.7) (2.10) ta nhận thấy điện trở suất đất có ảnh hưởng đến hiệu nối đất hệ thống Do với kết cấu mạng điện có vùng NĐHQ (điện trở suất đất nhỏ), có vùng nối đất không hiệu (điện trở suất đất lớn) D C C R UT.L 11 CHƢƠNG TỔNG TRỞ HỆ THỐNG VÀ GIỚI THIỆU PHẦN MỀM PSS/ADEPT 3.1 Tổng trở hệ thống quy đổi 22KV Phương pháp thường dùng để tính tổng trở quy đổi hệ thống sau: Trên lưới điện truyền tải cho trước, biết dịng điện ngắn mạch pha I*N(3), NM hai pha I*N(2) NMMP I*N(1) sơ cấp MBA phân phối Tổng trở hệ thống quy đổi phía sơ cấp xác định [14]: Z S1  U f I N(3)   ZTG j 3U f C C R UT.L Z S  D Z S0  I ( ) N 3U f I (1) N   Z S1  ZTG   Z S1  Z S  3ZTG Với: U f – điện áp pha phía sơ cấp MBA Z*S1, Z*S2, Z*S0- tổng trở TTT, TTN TTK hệ thống nhìn từ điểm ngắn mạch sơ cấp MBA phân phối Z*TG- tổng trở trung gian điểm NM xét Trên lưới truyền tải thường tính tốn dạng NM trực tiếp nên xem Z*TG ≈ 3.2 Tổng trở máy biến áp 3.2.1 MBA hai cuộn dây 3.2.2 MBA ba cuộn dây 3.3 Tổng trở đƣờng dây không Tổng trở ĐDK phụ thuộc vào nhiều yếu tố vật liệu, tiết diện dây, cấu trúc dây dẫn, nhiệt độ dây dẫn, khoảng cách pha, loại lưới điện, độ cao treo dây điện trở suất đất Để tính tổng trở ĐDK dùng phương pháp giải tích [4] * 12 3.4 Ứng dụng phần mềm PSS/ADEPT tính tốn ngắn mạch LĐPP 22KV 3.4.1 Giới thiệu phần mềm PSS/ADEPT Phần mềm PSS/ADEPT (Power System Simulator/Advanced Distribution Engineering Productivity Tool) phần mềm tiện ích mơ HTĐ cơng cụ phân tích LĐPP với chức sau: - Phân bố cơng suất - Tính toán ngắn mạch điểm hay nhiều điểm - Phân tích tốn khởi động động - Tối ưu hóa việc lắp đặt tụ bù (đóng cắt cố định) - Bài tốn phân tích sóng hài - Phối hợp bảo vệ - Phân tích điểm mở tối ưu - Phân tích độ tin cậy lưới điện 3.4.2 Thông số đầu vào PSS/ADEPT 3.4.2.1 Thông số nguồn 3.4.2.2 Thông số MBA 3.4.2.3 Thông số đường dây 3.4.2.4 Thông số ph tải điện D C C R UT.L 13 CHƢƠNG TÍNH TỐN VÀ LỰA CHỌN CẤU TRÚC HỢP LÝ LĐPP 22KV 4.1 Tính tốn ngắn mạch pha chạm đất Ta tính tốn ngắn mạch mạng 22kV hình 2.7 với thơng số: - Các điều kiện đầu: Công suất Scb=100.000kVA, điện áp dây Ucb =22kV, tần số định mức f=50hz, giới hạn điện áp (0,95 ÷ 1,05)pu - Nguồn điện: Số liệu hệ thống lấy theo kết tính tốn trung tâm điều độ HTĐ miền trung (A3) chạy chương trình PSS/E cho HTĐ miền trung năm 2009 phụ lục Tổng trở hệ thống quy đổi 22kV TBA 110kV: R1=R2=0,10507pu; X1=X2=0,54224pu; R0=0,00894pu; X0=0,13095pu - Đường dây khơng: + Tính toán cho hai loại cấu trúc pha dây pha dây + Dây dẫn pha sử dụng dây AC-95 ÷ 185, dây pha bố trí mặt phẳng n m ngang- khoảng cách dây pha: mét + Khoảng cách dây pha – đất: mét (tương ứng cột BTLT10,5 mét) + Dây trung tính loại với dây dẫn pha, tiết diện dây trung tính b ng nhỏ từ đến cấp so với tiết diện dây dẫn pha Dây trung tính n m phía dây pha, khoảng cách dây pha – dây trung tính: mét + Điện trở suất đất ρđất = 50 ÷ 2000Ωm Kết tính tốn dịng điện ngắn mạch tỷ số R0/X1, X0/X1 thực chương trình tính tốn ngắn mạch PSS/ADEPT [2] phụ lục 4.1.1 Mối quan hệ tỷ số R0/X1, X0/X1 chiều dài đường dây với cấu trúc lưới khác - Cấu trúc pha dây, tỷ số R0/X1 tăng (R0/X1 >1 D C C R UT.L 14 L=20km dây trung tính AC-120) tỷ số giảm tiết diện dây trung tính tăng (R0/X1 >1 L>25km dây trung tính AC-150 R0/X1 >1 L>40km dây trung tính AC-185), cịn tỷ số X0/X1 giảm nhiều (X0/X1 50km dây trung tính AC-120) tỷ số giảm không đáng kể tăng tiết diện dây trung tính - Cấu trúc pha dây, tỷ số R0/X1 giảm nhiều (R0/X1 3 L > 12.5km), tính hiệu chế độ nối đất giảm theo chiều dài đường dây 4.1.2 Mối quan hệ tỷ số R0/X1, X0/X1 chiều dài đường dây với cấu trúc lưới khác điện trở suất đất thay đổi - Cùng tiết diện dây dẫn LĐPP 22kV có cấu trúc pha dây có tỷ lệ điện kháng X0/X1