Hệ thống tự động khép vòng:
Là hệ thống phân phối, tự động phân vùng sự cố và khôi phục khả năng cung cấp điện cho các phân vùng còn lại. Đồng thời, hệ thống còn có thể tự động khôi phục lại cấu hình ban đầu sau khi đã khắc phục sự cố.
+ Hệ thống tự động khép vòng này sử dụng các Recloser của hãng Nulec, Yếu tố quan trọng nhất tạo nên sự khác biệt với các Recloser khác là nó đƣợc trang bị thêm phần mềm chuyên dùng trong bộ điều khiển.
+ Hệ thống có thể áp dụng cho nhiều cấu hình đƣờng dây. Dƣới đây chỉ mô tả chi tiết sự làm việc của hệ thống đối với cấu hình đặc trƣng cho lƣới trung thế thành phố Nam Định.
Hình 3.1: Mô tả hệ thống Trong đó: CB – Máy cắt đầu nguồn
RF – Feeder Recloser: Recloser nhánh
RM – Mid Point Recloser: Recloser trung gian RT – Tie Recloser: Recloser phân đoạn
+ RF: đặt ở vị trí đầu tiên kể từ nguồn cấp. + RM: đặt ở bất cứ điểm nào giữa RF và RT.
+ RT: tuy nhiên khi sự cố xảy ra từ một hƣớng thì nó sẽ tự động đóng lại chuyển nguồn cấp.
52
Nguyên lý hoạt động cơ bản:
Trong chế độ làm việc bình thƣờng các CB, RF, RM ở trạng thái đóng, RT ở trạng thái mở.
Khi có sự cố, bảo vệ quá dòng tác động, các Recloer có thể đóng lại một vài lần tùy theo cài đặt và từng loại Recloser. Hệ thống Loop Automation chỉ thực hiện chức năng của mình sau một khoảng thời gian nhất định. Điều này cho phép các Recloser tác động và thực hiện các chức đóng lại nhƣ bình thƣờng. Nếu quá trình đóng lại thành công thì Loop Automation là không cần thiết. Để làm đƣợc điều đó, Loop Automatin cần có khoảng thời gian trễ. Khoảng thời gian này phải đƣợc cài đặt lớn hơn thời gian lớn nhất tự động đóng lại của các Recloser gọi là Loop Automation Timeout. Đồng thời, thời gian cài đặt cho Tie Recloser phải lớn hơn thời gian cài đặt cho Mid Point Recloser và Feeder Recloser.
+ Phân vùng sự cố:
- RF cắt khi nó không có nguồn cấp.
- RM thay đổi hƣớng truyền công suất và đồng thời chuyển về chế độ tự động đóng lại một lần (single shot mode) trong thời gian ngắn khi mất nguồn cấp.
- RT đóng khi mất nguồn từ 1 phía, đồng thời nguồn dự phòng trong trạng thái sẵn sàng cung cấp.
+ Khôi phục lại cấu hình hệ thống sau khi khắc phục sự cố
- RF đóng khi nguồn cấp đƣợc khôi phục sau khi nó ngắt tự động nhờ Loop Automation hoặc có nguồn cấp đến từ hai phía.
- RM đóng khi nguồn cấp đến từ hai phía. - RT cắt khi nguồn cấp qua nó đảo chiều.
Kết nối thông tin:
Để thực hiện việc giao tiếp từ xa với các Recloser, cần chuẩn bị hai modem. Trong đó một chiếc dùng cho tủ điều khiển, một chiếc dùng cho máy tính (lƣu ý modem dùng cho tủ điều khiển phải là loại cắm ngoài) và hai số điện thoại để liên lạc. Trong trƣờng hợp dùng điện thoại EVN cần phải sử dụng loại có tích hợp modem cổng COM.
53
3.2.1.2. Phương pháp phân đoạn sự cố
a) Khi sự cố xảy ra trên đoạn từ CB đến RF
Hình 3.2: Sự cố tại đoạn CB đến RF
+ Bƣớc 1: Máy cắt đầu nguồn sẽ tác động, tách biệt nguồn cấp ra khỏi hệ thống.
+ Bƣớc 2: Sau khi sự cố bắt đầu 30s (khoảng thời gian cài đặt cho RF), RF sẽ tác động cắt, cô lập phân đoạn bị sự cố đồng thời RM tự động thay đổi chế độ làm việc theo hƣớng công suất từ nguồn dự phòng.
54
+ Bƣớc 3: sau khi sự cố bắt đầu 40s, RT tự động đóng lại, các phân đoạn không bị sự cố sẽ đƣợc cấp điện từ nguồn cấp dự phòng. Khi có sự cố đƣợc khắc phục:
- Nếu hệ thống Loop Automation đang đƣợc cài đặt ở chế độ ON: Máy cắt sẽ tự động đóng lại. Sau đó, do đã có nguồn cấp nên RF tự động đóng lại. Đồng thời, RT cảm nhận sự thay đổi hƣớng công suất chạy qua nó nên cắt ra. Đƣờng dây trở về chế độ làm việc bình thƣờng.
- Nếu hệ thống Loop Automation đang đƣợc cài đặt ở chế độ OFF: Trong điều kiện hai nguồn có thể hoà đƣợc, máy cắt sẽ tự động đóng lại. Các RF đóng lại và tái khởi động Loop Automation.
b) Khi sự cố xảy ra trên đoạn từ RF đến RM:
Hình 3.3: Sự cố tại đoạn RF đến RM + Bƣớc 1: RF sẽ tác động và tách vùng sự cố khỏi nguồn cấp.
55
+ Bƣớc 2: Sau khoảng thời gian cài đặt, khoảng 30s tính từ lúc sự cố bắt đầu, RM tự động thay đổi chế độ làm việc theo hƣớng công suất từ nguồn dự phòng. Đồng thời, 40s tính từ lúc sự cố bắt đầu RT sẽ đóng.
+ Bƣớc 3: Sự cố vẫn chƣa đƣợc cô lập. RM cắt ra và không đóng trở lại nữa. Sau khi sự cố bắt đầu 40s, RT tự động đóng lại. Sự cố đƣợc phân vùng. Các phân đoạn không bị sự cố sẽ đƣợc cấp điện bình thƣờng. Khi có sự cố đƣợc khắc phục:
- Nếu hệ thống Loop Automation đang đƣợc cài đặt ở chế độ ON: RF đóng lại. Đồng thời, RM cảm nhận sự khôi phục của nguồn cấp và tự động đóng lại. Đƣờng dây trở về chế độ làm việc bình thƣờng.
56
- Nếu hệ thống Loop Automation đang đƣợc cài đặt ở chế độ OFF. Quá trình khôi phục lại cấu hình ban đầu diễn ra theo trình tự sau: Các RF, RM lần lƣợt đóng lại và tái khởi động Loop Automation. Sau đó, RT mở ra, hệ thống làm việc bình thƣờng nhƣ ban đầu.
c) Khi sự cố xảy ra trên đoạn từ RM đến RT:
Hình 3.4: Sự cố từ đoạn RM đến RT + Bƣớc 1: RM sẽ tác động, cô lập sự cố khỏi nguồn cấp.
+ Bƣớc 2: Sau 40s tính từ lúc sự cố bắt đầu RT sẽ đóng
.
+ Bƣớc 3: Sự cố vẫn chƣa đƣợc cô lập. RT lại cắt ra và không đóng trở lại nữa. Sự cố đƣợc phân vùng. Các phân đoạn không bị sự cố sẽ đƣợc cấp điện từ nguồn cấp
57
dự phòng. Khi có sự cố đƣợc khắc phục: hệ thống Loop Automation đang đƣợc cài đặt ở bất cứ chế độ ON hay OFF thì quá trình khôi phục lại cấu trúc ban đầu cũng diễn ra theo trình tự sau: sự cố đƣợc khắc phục, RM đóng lại và tái khởi động Loop Automation.
Khi sự cố xảy ra phía nguồn cung cấp
Hình 3.5: Sự cố phía nguồn cung cấp
+ Bƣớc 1: 30s sau khi sự cố mất nguồn RF sẽ cắt ra, cô lập vùng sự cố. Đồng thời, RM thay đổi chế độ làm việc theo hƣớng công suất truyền từ nguồn dự phòng.
58
+ Bƣớc 2: Sau 40s tính từ lúc sự cố bắt đầu RT sẽ đóng. Sự cố đƣợc phân vùng. Các phân đoạn không bị sự cố sẽ đƣợc cấp điện từ nguồn cấp dự phòng. Khi sự cố đƣợc khắc phục:
- Nếu hệ thống Loop Automation đang đƣợc cài đặt ở chế độ ON: Máy cắt đầu nguồn sẽ đóng lại. Sau đó, do đã có nguồn cấp nên RF tự động đóng lại. Đồng thời, RT cảm nhận sự thay đổi hƣớng công suất chạy qua nó nên cắt ra. Đƣờng dây trở về chế độ làm việc bình thƣờng.
- Nếu hệ thống Loop Automation đang đƣợc cài đặt ở chế độ OFF: Tƣơng tự nhƣ trên thì máy cắt đầu nguồn đƣợc đóng lại. Sau đó, do đã có nguồn cấp nên RF tự động đóng lại và tái khởi động chế độ Loop Automation. Đồng thời, RT cảm nhận sự thay đổi hƣớng công suất chạy qua nó nên cắt ra. Đƣờng dây trở về chế độ làm việc nhƣ ban đầu.
Nhận xét:
Đây là giải pháp phân vùng sự cố khá hiệu quả. Tuy nhiên, việc sử dụng quá nhiều các Recloser trên lƣới của hệ thống này là không tốt. Trƣớc hết, nếu sử dụng nhiều sẽ dẫn đến việc phối hợp giữa các Recloser với nhau và với các thiết bị bảo vệ khác khó khăn. Sự khác biệt cơ bản trong ứng dụng giữa hệ thống tự đóng lại và DAS là trong hệ thống tự động đóng lại do có giới hạn đối với chỉnh định rơle nên rất khó chỉnh định phối hợp bảo vệ quá dòng khi số lƣợng các thiết bị đóng lại tăng lên (điều này có thể khắc phục khi tăng cao độ nhậy của các rơ le đi kèm recloser). Hơn nữa, thời gian chỉnh định trở nên dài đối với hệ thống tự đóng lại. Do đó, các dòng sự cố chạy trên đƣờng dây phân phối và các thiết bị trong thời gian dài và có
59 khả năng gây hƣ hỏng cho đƣờng dây và thiết bị.
Bên cạnh đó, vốn đầu tƣ cho hệ thống Loop Automation cũng không rẻ so với DAS, cụ thể với 01 Recloser có trang bị phần mềm của hệ thống này có giá khoảng 20.000USD. Ngoài ra, khả năng kết hợp với các hệ thống tự động khác nhƣ SCADA, tự động hoá trạm… của DAS dễ dàng và hiệu quả hơn. Chính vì điều này, đối với lƣới điện trung thế thành phố Nam Định nói riêng và tỉnh Nam Định nói chung thì giải pháp tự động phân phối cần đƣợc thử nghiệm công nghệ DAS.
3.2.2. Các phương pháp tự động phân phối lưới điện ngầm khác
Các phƣơng pháp tự động phân phối cho các hệ thống ngầm đƣợc mô tả trong bảng 3.1. Bảng này mô tả việc so sánh 5 phƣơng pháp, đó là hệ thống một mạch vòng, hệ thống nhiều mạch vòng, hệ thống lƣới thông thƣờng, hệ thống lƣới phân bổ và hệ thống dự phòng.
Các hệ thống mạch vòng chủ yếu đƣợc sử dụng ở châu Âu và Nhật, còn hệ thống lƣới thông thƣờng và hệ thống lƣới phân bổ đƣợc chấp nhận ở Mỹ và Nhật. Hệ thống dự phòng đƣợc sử dụng trên khắp thế giới. Trong hệ thống mạch vòng và dự phòng, hệ số phụ tải (tải đỉnh / tải định mức %) chỉ thấp ở mức 50%. Con số này là 70-80% trong hệ thống nhiều mạch vòng và 80% trong các hệ thống hệ thống lƣới thông thƣờng và hệ thống lƣới phân bổ.
Về mặt linh hoạt trong kết nối phụ tải, hệ thống mạch vòng và hệ thống có dự phòng là hệ thống thƣờng xuyên đƣợc ứng dụng. Trong khi đó, với hệ thống lƣới thông thƣờng và lƣới phân bố có độ tin cậy cao, hệ thống phụ tải luôn đƣợc liên kết với nhau.
Hệ thống một mạch vòng có độ tin cậy thấp nhất: việc cấp điện trên toàn lƣới bị gián đoạn cho đến khi loại trừ đƣợc sự cố, và việc loại trừ sự cố đòi hỏi thời gian. Trong hệ thống nhiều mạch vòng, việc mất điện kéo dài cho đến khi phần mất điện đƣợc xác định, tuy nhiên một khi đã xác định đƣợc vấn đề thì có thể cấp điện từ xuất tuyến khác qua điểm nối vòng. Trong hệ thống dự phòng, mất điện xảy ra trong khoảng 1-2 giây trong lúc đƣờng dây cấp điện đang đƣợc chuyển đổi. Hệ thống lƣới thông thƣờng và lƣới phân bổ có độ tin cậy cao nhất do việc mất điện
60
trên nguyên tắc là không xảy ra ngay cả khi có sự cố trên đƣờng dây phân phối 22 kV.
Chi phí hệ thống tỷ lệ thuận với độ tin cậy, do đó các hệ thống mạch vòng là rẻ nhất và các hệ thống hệ thống lƣới thông thƣờng và hệ thống lƣới phân bổ là đắt nhất còn hệ thống dự phòng là ở mức chi phí trung bình.
Xem xét các hệ thống này dƣới góc độ phạm vi áp dụng, các hệ thống mạch vòng (cả một vòng và nhiều vòng) đƣợc sử dụng trong các khu vực phân phối ngầm. Hệ thống dự phòng đƣợc sử dụng cho các khu vực phụ tải quan trọng nhƣ cơ quan chính phủ, bệnh viện, v.v... hệ thống lƣới thông thƣờng và lƣới phân bổ đƣợc sử dụng cho các khu vực phụ tải quan trọng với mật độ dân cƣ cao: ví dụ nhƣ các khu vực đô thị đông đúc nhƣ New York ở Mỹ và quận Ginza ở Tokyo, v.v...
Tại Điện lực TP Nam Định cũng nhƣ lƣới trung thế tỉnh Nam Định, hệ thống cáp ngầm trung áp đã và đang đƣợc tiếp tục nâng cấp cải tạo theo nhiều dự án khác nhau. Cho đến nay, phần lớn lƣới trung áp ngầm đều thực hiện nối vòng liên thông giữa các lộ với nhau. Kiểu nối vòng chủ yếu là nối 2 lộ với nhau, một số nhỏ nối vòng nhiều lộ với nhau. Xu hƣớng đến năm 2015, số điểm nối mạch vòng trên mỗi lộ cáp ngầm sẽ tăng lên 2 điểm (Ln = 2). Việc áp dụng DAS sẽ chủ yếu đƣợc áp dụng:
62
3.3. So sánh các thiết bị của hệ thống DAS và các thiết bị cùng tính năng
3.3.1. Các thiết bị đóng cắt
Bảng 3.2: Cầu dao khí SF6 (GS) và cầu dao chân không (VS)
Hạng mục GS VS
Môi trƣờng dập hồ quang SF6 Chân không
Khả năng ngắt dòng Tốt Rất tốt
Kích thƣớc Rất tốt Rất tốt
Xung đóng cắt Tốt Tốt
Bảo vệ môi trƣờng Kém Tốt
Bảo dƣỡng Kém Rất tốt
Độ tin cậy / Tuổi thọ Tốt Rất tốt
Giá thành Rất tốt Tốt
Hiện tại, các tủ RMU trong các trạm xây trong nhà của lƣới phân phối ngầm của công ty Điện lực TP Nam Định chủ yếu là loại cách điện SF6 và đều mới áp dụng các năm gần đây. Các tủ sử dụng cầu dao chân không chiếm số lƣợng rất ít. Cho nên, dù các thiết bị sử dụng tiếp điểm đóng cắt trong chân không có nhiều đặc tính kỹ thuật ƣu việt hơn nhiều nhƣng việc thay thế các thiết bị đóng cắt trong môi trƣờng SF6 cũng còn phải cân nhắc nhiều về mặt kinh tế.
3.3.1.1. Các thiết bị đóng cắt 24kV đường dây phân phối trên không
So sánh các tính năng nhƣ: Vận hành, khả năng cắt dòng, khả năng chịu dòng ngắn hạn, khả năng đóng điện, các chức năng chính, cách dập hồ quang, cách điện số lần thao tác, mức giá, giữa các thiết bị: DS, LBS, Bộ tự động đóng lại, PVS.
Bảng 3.3: Các thiết bị đóng cắt 24kV đƣờng dây phân phối trên không
Tính năng DS LBS Bộ tự đóng lại PVS Vận hành Bằng tay Bằng tay / Tự động Bằng tay / Tự động Bằng tay / Tự động Khả năng cắt dòng Không Dòng tải Dòng ngắn
mạch Dòng tải Khả năng chịu dòng
63
Khả năng đóng điện Không Dòng tải Dòng ngắn mạch Dòng ngắn mạch Chức năng chính 1) Tách đƣờng dây không tải 2) Đóng đƣờng dây không điện 1) Ngắt dòng tải và cách ly đƣờng dây 2) Đóng lại dòng tải của đƣờng dây 1) Ngắt dòng ngắn mạch của đƣờng dây 2) Đóng lại đƣờng dây tự động 1) Ngắt dòng tải và cách ly đƣờng dây 2) Tự động đóng lại đƣờng dây Sử dụng chủ yếu Cách ly đƣờng dây theo đăng ký cắt điện Tách đƣờng dây theo đăng
ký cắt điện khi có tải Tự động phát hiện sự cố đƣờng dây, ngắt dòng ngắn mạch và đóng lại đƣờng dây 1) Tự động đóng/mở đƣờng dây khi có sự cố 2) Khóa tự động khi có phân đoạn Cách dập hồ quang Không khí Không khí / SF6 / Dầu / Chân không SF6 / Dầu / Chân không SF6 / Chân không Cách điện Không khí SF6 / Dầu SF6 / Dầu /
Cách điện rắn SF6 Số lần thao tác Giới hạn Giới hạn Giới hạn Giới hạn
Mức giá Rẻ Đắt Đắt Đắt nhất Nhận xét DS là giải pháp rẻ tiền trƣớc mắt, tuy nhiên không thích hợp cho hệ thống DAS LBS là giải pháp tốt hơn DS, nhƣng không thể sử dụng cho DAS vì bị giới hạn số lần thao thác Tự đóng lại có thể thích hợp khi đƣờng dây phân phối đƣợc sử dụng nhƣ truyền tải PVS thích hợp nhất cho DAS vì nó vận hành tự động, số lần cắt cao 3.3.1.2. Các thiết bị đóng cắt 24kV đường cáp ngầm
Hiện tại trên địa bàn TP Nam Định, DS, LBS không khí cũng nhƣ các tủ RMU thao tác bằng tay đang đƣợc sử dụng nhiều. Tuy vậy, khi tính đến việc các hệ thống phân phối ngầm sẽ trở nên quan trọng hơn trong tƣơng lai, sẽ nảy sinh các vấn đề với các DS và RMU nhƣ thế thì cần nhiều thời gian để phát hiện sự cố và