Nghiên cứu và đề xuất các giải pháp nâng cao chất lượng điện áp trong lưới điện phân phối huyện Tứ Kỳ, tỉnh Hải Dương

Bài viết này trình bày một giải pháp nâng cao chất lượng điện áp trong lưới điện phân phối. Tác giả dựa trên ứng dụng phần mềm PSS/ADEPT 5.0 để phân tích các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật, thực hiện bài toán CAPO để thiết lập bù công suất, từ đó nâng cao chất lượng điện cho lưới điện phân phối huyện Tứ Kỳ, tỉnh Hải Dương.

ISSN 2354-0575 NGHIÊN CỨU VÀ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỆN ÁP TRONG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI HUYỆN TỨ KỲ, TỈNH HẢI DƯƠNG Nguyễn Viết Ngư1, Trần Thị Thủy1,2 Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Trường Đại học Hải Dương Ngày tòa soạn nhận báo: 15/02/2017 Ngày phản biện đánh giá sửa chữa: 03/04/2017 Ngày báo duyệt đăng: 20/05/2017 Tóm tắt: Bài báo trình bày giải pháp nâng cao chất lượng điện áp lưới điện phân phối Tác giả dựa ứng dụng phần mềm PSS/ADEPT 5.0 để phân tích tiêu kinh tế, kỹ thuật, thực toán CAPO để thiết lập bù cơng suất, từ nâng cao chất lượng điện cho lưới điện phân phối huyện Tứ Kỳ, tỉnh Hải Dương Từ khóa: Chất lượng điện áp, CAPO, PSS/ADEPT 5.0 Đặt vấn đề Nền kinh tế quốc dân ngày phát triển, nhu cầu lượng điện ngày cao Điều đặt cho hệ thống cung cấp nhiệm vụ khó khăn vừa phải đảm bảo lượng điện tiêu thụ vừa phải đảm bảo chất lượng Trong chất lượng điện áp lưới điện phân phối yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng cung cấp điện, tiêu kinh tế, kỹ thuật tồn hệ thống điện Do đó, việc nghiên cứu đưa giải pháp nâng cao chất lượng điện áp cho lưới điện phân phối việc làm cần thiết [1,2] Trong báo này, tác giả trình bày nghiên cứu trạng đưa giải pháp nâng cao chất lượng điện áp lưới điện phân phối huyện Tứ Kỳ, tỉnh Hải Dương dựa ứng dụng phần mềm PSS/ADEPT 5.0[4] Cơ sở lý thuyết 2.1 Các tiêu chất lượng điện áp - Độ lệch điện áp (khi tốc độ biến đổi điện áp nhỏ 1% giây) so với giá trị điện áp định mức: U-U qU = U dm 100% dm - Độ dao động điện áp (khi tốc độ biến đổi điện áp không nhỏ 1% giây) U -U TU = maxU 100% dm - Độ không sin dạng đường cong điện áp: UcR Kk.sin = U 100% - Độ không đối xứng điện áp: • • • U2 U A + a U B + aUC K2 = 100 = 100 (%) Un Un Khoa học & Công nghệ - Số 14/Tháng - 2017 2.2 Ảnh hưởng chất lượng điện áp 2.2.1 Ảnh hưởng đến hộ tiêu thụ điện - Đối với động không đồng bộ: Khi điện áp cực động bị giảm thấp mơmen quay tốc độ quay giảm, dòng điện stato tăng lên làm tăng phát nóng động cơ, động khó khởi động, thời gian khởi động kéo dài - Đối với máy cơng cụ: Do động truyền động ảnh hưởng điện áp liên quan đến phụ tải, đến hiệu suất làm việc thiết bị Nếu điện áp giảm thấp thân động không khởi động thành công Hiện tượng thường gặp máy bơm phục vụ tưới tiêu - Đối với thiết bị chiếu sáng: Khi điện áp giảm, quang thơng đèn nung nóng giảm Điện áp giảm 5% quang thơng giảm 10% dẫn đến giảm suất chất lượng lao động, không bảo đảm an toàn lao động Khi điện áp tăng, tuổi thọ đèn giảm Điện áp tăng 1% so với điện áp định mức đèn, tuổi thọ đèn giảm 15% Điện áp tăng 5%, tuổi thọ đèn giảm nửa Điện áp ln tăng 10-15%, bóng đèn bị cháy - Đối với lò điện, biến đổi điện áp ảnh hưởng nhiều đến đặc tính kinh tế, kỹ thuật Như lị luyện kim: điện áp giảm 10-15% thành phẩm giảm từ 15-20% hư hỏng thời gian bị kéo dài - Đối với dụng cụ đốt nóng, bếp điện trở: U2 U TP = 3l2 R = * d n *R = R *R Khi điện áp giảm, hiệu phần tử đốt nóng giảm xuống rõ rệt Journal of Science and Technology 49 ISSN 2354-0575 2.2.2 Ảnh hưởng đến hệ thống điện - Điện áp tăng cao gây nguy hiểm cho thiết bị hệ thống điện Như điện áp đường dây dài chế độ không tải, điện áp tăng cao gây nguy hiểm cho thiết bị tải máy phát điện - Điện áp thấp làm giảm ổn định tĩnh, giảm khả ổn định động ổn định tổng quát Nếu thấp gây ổn định phụ tải [3] 2.3 Các phương pháp điều chỉnh điện áp lưới điện phân phối 2.3.1 Nhóm biện pháp tổ chức quản lý vận hành Nhóm gồm biện pháp sau: - Phân bố phụ tải hợp lý - Chọn sơ đồ cấp điện hợp lý - Chọn điện áp đầu vào thụ điện thích hợp - Điều chỉnh chế độ làm việc thụ điện cách hợp lý - Lựa chọn tiết diện dây trung tính hợp lý - Phân bố phụ tải pha - Không vận hành thiết bị non tải - Với lưới điện có nhiều phụ tải pha nên chọn máy biến áp có tổ nối dây sao-ziczăc để giảm tổn hao phụ dịng thứ tư khơng gây 2.3.2 Nhóm biện pháp kỹ thuật - Điều chỉnh điện áp - Đặt thiết bị bù - Đối xứng hóa lưới điện - Hạn chế sóng hài lưới hạ áp - Nâng cao điện áp vận hành lưới phân phối đưa điện áp quy chuẩn Phân tích trạng lưới điện phân phối huyện Tứ Kỳ, tỉnh Hải Dương 3.1 Giới thiệu chung lưới điện phân phối huyện Tứ Kỳ Lưới điện huyện Tứ Kỳ nằm hệ thống lưới điện Hải Dương cấp từ đường dây 35kV lưới điện miền Bắc Điện lực Tứ Kỳ quản lý vận hành đường dây trung áp cung cấp điện cho 26 xã 01 thị trấn với cấp điện áp 35kV, 10kV sau: Bảng Thông số lộ đường dây STT Tên lộ đường Cấp điện áp dây (kV) 372E8.10 35 971 10 371E8.1 35 373E8.7 35 375E8.7 35 375E8.7 nhánh 35 CD59 373E8.13 35 373E8.13 35 nhánh CD78 Chiều dài (km) 0,55 1,3 2,7 7,8 10,4 4,63 7,03 8,67 Hình Sơ đồ nguyên lý lộ 373E8.7 50 Khoa học & Công nghệ - Số 14/Tháng - 2017 Journal of Science and Technology ISSN 2354-0575 3.2 Các thông số vận hành lưới điện 3.2.1 Thông số trạm biến áp Bảng Thông số trạm biến áp lưới điện phân phối huyện Tứ Kỳ 3.2.2 Thông số kỹ thuật đường dây trung áp Bảng Thông số kỹ thuật đường dây lưới điện phân phối huyện Tứ Kỳ 3.3 Ứng dụng phần mềm PSS/ADEPT đánh giá tiêu kỹ thuật lưới điện phân phối huyện Tứ Kỳ 3.3.1 Giới thiệu phần mềm PSS/ADEPT Phần mềm PSS/ADEPT (The Power System Simulator/Advanced Distribution Engineering Productivity Tool) phần mềm phần mềm PSS hãng Shaw Power Technologies, Inc sử dụng phổ biến Phần mềm PSS/ADEPT phát triển cho kỹ sư nhân viên kỹ thuật ngành điện để thiết kế phân tích lưới điện phân phối với chức sau: - Tính tốn phân bố cơng suất (Load Flow) - Tính tốn ngắn mạch hay nhiều điểm tải (All Fault) - Tính tốn thông số đường dây truyền tải (Line Properties Calculator) - Tối ưu hóa việc lắp đặt tụ bù (CAPO) - Bài tốn phân tích sóng hài (Hamornics) - Bài toán phối hợp bảo vệ (Protection ad Coordination) - Bài tốn phân tích điểm dừng tối ưu (TOPO) - Phân tích độ tin cậy lưới điện (DRA) Tháng 4/2004, hãng Shaw Power Technologies đưa phiên phần mềm PSS/ ADEPT 5.0 với nhiều tính bổ sung cập nhật đầy đủ thông số thực tế phần tử lưới điện Màn hình giao diện PSS/ADEPT 5.0: Hình Giao diện phần mềm Khoa học & Công nghệ - Số 14/Tháng - 2017 Journal of Science and Technology 51 ISSN 2354-0575 3.3.2 Tính tổn thất điện áp lưới điện phân phối huyện Tứ Kỳ Bước 1: Thiết lập thông số lưới điện - Lựa chọn cấu hình thư viện thông số phần tử lưới điện - Nhập thông tin lưới điện - Chọn hình thức hiển thị kết Bước 2: Vẽ sơ đồ lưới điện với phần tử công cụ - Nguồn (Source): Tên nguồn, loại điện áp, công suất định mức - Đường dây (Line): Đặt tên, chọn loại dây dẫn, cấu trúc dây dẫn, số pha, chiều dài… - Máy biến áp (Transformer): Tên trạm biến áp, thông số MBA, loại MBA… - Phụ tải (Load): Tên phụ tải, loại phụ tải, công suất tác dụng… - Nút (Node): nhập tên nút, điện áp nút… - Thiết bị đóng cắt bảo vệ (Switch): Tên vị trí đặt, số pha, dịng điện định mức… Bước 3: Thực chạy chức tính tốn Bước 4: Báo cáo kết tính tốn 3.3.3 Kết đánh giá tổn thất lộ đường dây Hình Mô đường dây 35kV lộ 373E8.7 PSS/ADEPT 5.0 (một phần) 52 Khoa học & Công nghệ - Số 14/Tháng - 2017 Journal of Science and Technology ISSN 2354-0575 Hình Mơ đường dây 35kV lộ 373E8.7 PSS/ADEPT 5.0 (một phần) Bảng Kết phân tích đường dây 35kV lộ 373E8.7 huyện Tứ Kỳ phần mềm PSS/ADEPT Thực tương tự cho lộ đường dây cịn lại ta có bảng kết tổn thất công suất, tổn thất điện tổn thất điện áp sau: Bảng Kết tổn thất lộ huyện Tứ Kỳ Khoa học & Công nghệ - Số 14/Tháng - 2017 Journal of Science and Technology 53 ISSN 2354-0575 Lựa chọn giải pháp nâng cao chất lượng điện áp lưới điện phân phối huyện Tứ Kỳ, tỉnh Hải Dương Để nâng cao chất lượng điện áp lưới điện phân phối huyện Tứ Kỳ ta áp dụng phương pháp bù công suất phản kháng[5] Chạy chương trình CAPO phần mềm PSS/ADEPT 5.0 để tính toán trị số cần bù ta được kết quả cần bù 4.1 Thiết lập tùy chọn cho cho phép phân tích CAPO Các bước thực toán CAPO: - Bước 1: Chọn Analysis > Options Bảng tùy chọn - Bước 2: Chọn thẻ CAPO - Bước 3: Chọn tùy chọn mà muốn cho phép phân tích CAPO Hình Hộp thoại thẻ CAPO 4.3.2 Phương án Chọn 02 tụ bù cố định có dung lượng 600kVAr 01 tụ bù ứng động có dung lượng 300kVAr Chạy chương trình CAPO ta thu kết sau: - Tổn thất công suất sau bù: + Tổn thất công suất tác dụng: 178,97 kW + Tổn thất công suất phản kháng: 265,61 kVAr + Tiết kiệm được: 27,64 kW 4.3.3 Phương án Tổng dung lượng bù 2000 kVAr Chia dung lượng bù thành 05 tụ cố định, có dung lượng 300kVAr 05 tụ ứng động, có dung lượng 100kVAr Chạy chương trình CAPO ta thu kết sau: - Tổn thất công suất sau bù: + Tổn thất công suất tác dụng: 173,56 kW + Tổn thất công suất phản kháng: 252,31 kVAr + Tiết kiệm được: 33,05 kW 4.3.4 Phương án Tổng dung lượng bù 1900 kVAr Chia dung lượng bù thành 10 tụ cố định, có dung lượng 100kVAr 09 tụ ứng động, có dung lượng 100kVAr Chạy chương trình CAPO ta thu kết sau: - Tổn thất công suất sau bù: + Tổn thất công suất tác dụng: 169,38 kW + Tổn thất công suất phản kháng: 239,99 kVAr + Tiết kiệm được: 37,23 kW Như vậy: Với phương án đạt hiệu kỹ thuật cao 4.2 Cách chạy tốn tìm vị trí đặt bù tối ưu Có thể chọn thực hai cách sau: - Chọn Analysis > CAPO - Nhấp chuột vào nút CAPO công cụ Analysis Report sau phân tích tính tốn Để có bảng báo cáo kết dạng bảng chứa tham số đầu kết phân tích, chọn Report > Capacitor Placement Optimization 4.3 Xác định vị trí dung lượng bù cho lộ 373E8.7 Tác giả lựa chọn đưa phương án bù cho lộ 373E8.7 sau: 4.3.1 Phương án Tổng dung lượng bù 600kVAr Chạy chương trình CAPO ta thu kết sau: 02 tụ bù cố định vào nút N19 N12 01 tụ bù ứng động vào nút N6 - Tổn thất công suất sau bù: + Tổn thất công suất tác dụng: 178,49 kW + Tổn thất công suất phản kháng: 271,2 kVAr + Tiết kiệm được: 28,11 kW 54 Hình Kết tính tốn bù cơng suất phản kháng lộ 373E8.7 Khoa học & Công nghệ - Số 14/Tháng - 2017 Journal of Science and Technology ISSN 2354-0575 Bảng Kết phân tích đường dây sau bù công suất phản kháng lộ 375E8.15 từ phần mềm PSS/ADEPT 5.0 Kết luận đánh giá Bài báo trình bày q trình phân tích trạng, tính tốn, lựa chọn giải pháp nâng cao chất lượng điện áp lưới điện phân phối huyện Tứ Kỳ, tỉnh Hải Dương Dựa phần mềm PSS/ ADEPT 5.0 rõ tổn thất lưới điện thực toán CAPO để bù công suất phản kháng Ta thấy tổn thất lưới điện giảm rõ rệt Kết nghiên cứu sở để tính tốn lựa chọn giải pháp nâng cao chất lượng điện áp lưới điện phân phối huyện Tứ Kỳ, tỉnh Hải Dương Tài liệu tham khảo [1] Nguyễn Văn Đạm (2009), “Mạng lưới điện”, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [2] Trần Quang Khánh (2000), “Quy hoạch điện nông thôn”, NXB Nơng nghiệp [3] Trần Đình Long (2000), “Bảo vệ hệ thống điện”, NXB Khoa học Kỹ thuật [4] Nguyễn Hữu Phúc, (2007), “Áp dụng PSS/ADEPT 5.0 lưới điện phân phối”, Đại học Điện lực, trang 166-198 [5] Trần Vinh Tịnh, Trương Văn Chương (2008), “Bù tối ưu cơng suất phản kháng lưới phân phối”, Tạp chí khoa học công nghệ số 2, trang 25 ANALYSIS AND PROPOSITION FOR THE STRATEGY TO IMPROVE THE VOLTAGE IN THE POWER GRID IN TU KY DISTRICT, HAI DUONG PROVINCE Abstract: This article presents one strategy to improve the voltage in the power grid in Tu Ky, Hai Duong The writer has used software PSS/ADEPT 5.0 to analyze the economic and technical critndicators, technical criteria to set power compensation Thanks for this, the power grid in Tu Ky district, Hai Duong province will be improved Keywords: The voltage in the power grid, CAPO, PSS/ADEPT 5.0 Khoa học & Công nghệ - Số 14/Tháng - 2017 Journal of Science and Technology 55 ... áp - Nâng cao điện áp vận hành lưới phân phối đưa điện áp quy chuẩn Phân tích trạng lưới điện phân phối huyện Tứ Kỳ, tỉnh Hải Dương 3.1 Giới thiệu chung lưới điện phân phối huyện Tứ Kỳ Lưới điện. .. rệt Kết nghiên cứu sở để tính tốn lựa chọn giải pháp nâng cao chất lượng điện áp lưới điện phân phối huyện Tứ Kỳ, tỉnh Hải Dương Tài liệu tham khảo [1] Nguyễn Văn Đạm (2009), “Mạng lưới điện? ??,... lộ huyện Tứ Kỳ Khoa học & Công nghệ - Số 14/Tháng - 2017 Journal of Science and Technology 53 ISSN 2354-0575 Lựa chọn giải pháp nâng cao chất lượng điện áp lưới điện phân phối huyện Tứ Kỳ, tỉnh