3. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ TÍNH THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
2.2. HIỆN TRẠNG NGUỒN VÀ TỔN THẤT LƢỚI ĐIỆN TRUNG ÁP
2.2.1. Ý nghĩa của giảm tổn thất điện năng trong hệ thống điện
Giảm tổn thất điện năng là một vấn đề cần thiết không chỉ đối với ngành điện Việt Nam nói riêng và ngành điện các nƣớc trên thế giới nói chung. Giảm tổn thất điện năng có một ý nghĩa to lớn đối với nền kinh tế quốc dân và ngành điện.
32
Ngành điện là một ngành sản xuất và kinh doanh các sản phẩm về điện nên muốn tiếp tục duy trì và phát triển thì ngành điện phải có lợi nhuận để thực hiện tái đầu tƣ mở rộng để phát triển. Nếu tổn thất lớn, các công ty kinh doanh sẽ không có lợi nhuận, gây thâm hụt ngân quỹ, hiệu quả đầu tƣ thấp.
Trong trƣờng hợp tỷ lệ tổn thất cao, đây chính là một bộ phận cấu thành nên chi phí sản phẩm, nên khi tổn thất cao tất yếu dẫn tới giá thành sản phẩm cao. Các công ty kinh doanh điện năng muốn có lợi nhuận để thực hiện tái đầu tƣ thì giá bán phải cao hơn giá thành sản phẩm, giữa giá bán và giá thành là mối quan hệ tỷ lệ thuận. Khi tăng giá điện sẽ dẫn tới một loạt các hệ quả, làm kìm hãm sự tăng trƣởng kinh tế, giảm tính cạnh tranh của các doanh nghiệp trong nƣớc, tổng hợp chung làm suy yếu nền kinh tế quốc dân.
Muốn đạt đƣợc hiệu quả giảm tổn thất cao trong toàn hệ thống thì phải thực hiện tốt từ những cấp nhỏ nhất. Lƣới điện trung, hạ áp huyện Thƣờng Tín là một bộ phận cấu thành nên hệ thống điện quốc gia, do đó việc giảm tổn thất điện năng cũng đang là vấn đề cấp thiết, cần các giải pháp cụ thể và hiệu quả.
2.2.2. Lƣới điện trung áp huyện Thƣờng Tín và hiệu quả vận hành
Lƣới điện trung thế Thƣờng Tín đƣợc cấp nguồn từ 02 TBA 110kV là TBA 110kVA E10.4 Tía và TBA 110kV E1.32 Thƣờng Tín với tổng dung lƣợng 183 MVA. Theo số liệu thống kê đến hết tháng 05/2014 Công ty Điện lực Thƣờng Tín đang quản lý khoảng 308,73km đƣờng dây trung thế trong đó 297,31km đƣờng dây không và 11,43km cáp ngầm trung thế. Công ty quản lý 493 Trạm biến áp/536 Máy biến áp với tổng dung lƣợng 265.354 kVA. Lƣới điện trung thế gồm 09 lộ đƣờng dây trung áp cấp điện áp 35kV, 06 lộ cấp 22kV và 02 lộ cấp 10kV với 71.251 khách hàng. Tốc độ phụ tải tăng trƣởng hàng năm khoảng 5%.
Năm 2014 tổng điện năng đầu nguồn trung thế của Công ty đạt 332.652.265 kWh, Điện năng tổn thất trung thế 15.943.985 kWh, tỉ lệ tổn thất trung thế là 4,79%.
33
Nếu tính theo giá bán điện bình quân năm 2014 của Công ty là 1480,52 đ/kWh thì năm 2014 toàn Công ty tổn thất = 15.943.985*1480.52 = 23.605.388.672 đ.
Qua số liệu trên ta thấy tổn thất điện năng ảnh hƣởng rất lớn tới hiệu quả trong công tác sản xuất kinh doanh của Công ty. Chỉ cần giảm đƣợc một phần của tổn thất trên đã đem lại những hiệu quả về sản xuất kinh doanh rất lớn.
Hàng năm Tổng Công ty Điện lực TP Hà Nội nói chung và Công ty Điện lực Thƣờng Tín nói riêng đều xây dựng riêng một chƣơng trình giảm tổn thất điện năng nhằm phân tích, đƣa ra những giải pháp cụ thể để giảm tổn thất cho hệ thống điện. Điều đó cho thấy tầm quan trọng của việc phải giảm tổn thất điện năng trong công tác kinh doanh bán điện.
Tỉ lệ tổn thất của Công ty tƣơng đối cao do nhiều nguyên nhân :
+ Lƣới điện trung thế huyện Thƣờng Tín với 97% là đƣờng dây không, 3% là cáp ngầm với bán kính cấp điện rộng.
+ Nhiều lộ đƣờng dây đƣợc đầu tƣ từ lâu chƣa đƣợc đầu tƣ cải tạo lại do đó tiết diện dây dẫn nhỏ, xuống cấp, cách điện bị lão hóa, tổn hao dòng rò lớn.
+ Đƣờng dây vận hành với hệ số công suất cosfi thấp hoặc do vị trí đặt bù chƣa hợp lý. Hàng năm việc lựa chọn dung lƣợng bù trung thế và vị trí đặt bù dựa theo tính toán sơ bộ về tổng dung lƣợng bù toàn đƣờng dây còn vị trí đặt bù dựa theo cảm tính do đó chƣa tối ƣu hóa đƣợc dòng công suất phản kháng trên lƣới điện dẫn tới hiệu quả giảm đƣợc tổn hao trung thế chƣa cao.
Những phân tích trên cho thấy việc đƣa ra các giải pháp quản lý vận hành nhằm giảm tổn hao điện năng trên toàn hệ thống nói chung và lƣới điện trung thế Công ty Điện lực Thƣờng Tín nói riêng là thực sự cần thiết và cấp bách nhằm đem lại giá trị về kinh tế trong công tác kinh doanh bán điện.
Ngoài các giải pháp về lau rửa, vệ sinh đƣờng dây, đầu tƣ cải tạo thay mới dây dẫn và cách điện đã lão hóa còn một giải pháp nữa đó là nâng cao hệ số công suất cosfi truyền tải.
34
Luận văn này đi sâu nghiên cứu về việc tối ƣu hóa bù công suất phản kháng trên lƣới điện phân phối trung thế nhằm giảm tổn thất điện năng trên lƣới điện phân phối huyện Thƣờng Tín. Dựa trên những kết quả tính toán vị trí đặt và dung lƣợng bù nhằm giảm tổn thất điện năng trên lƣới điện phân phối huyện Thƣờng Tín, đem lại những hiệu quả kinh tế thiết thực.
2.2.3. Các chức năng chính của phần mềm PSS/ADEPT
PSS/ADEPT (The Power System Simulator/Advanced Distribution Engineering Productivity Tool) là công cụ phân tích lƣới điện phân phối của hãng Shaw power technologies.
PSS/ADEPT gồm có các chức năng sau : + Tính toán chế độ xác lập.
+ Tính toán ngắn mạch tại 01 điểm hay nhiều điểm. + Phân tích khởi động động cơ.
+ Tính toán xác định vị trí bù tối ƣu (ứng động hay cố định). + Tính toán phân tích sóng hài.
+ Phối hợp các thiết bị bảo vệ.
+ Tính toán xác định điểm dừng tối ƣu. + Phân tích đánh giá độ tin cậy.
PSS/ADEPT giúp phân tích và tính toán lƣới điện. Tính toán và hiển thị các thông số về dòng (I), công suất (P, Q) của từng tuyến dây (đƣờng trục và nhánh rẽ), đáng giá tình trạng mang tải của tuyến dây thông qua chức năng phân bố công suất (Load Flow Analysis). Tính toán xác định vị trí bù tối ƣu (CAPO, tối ƣu hóa việc đặt tụ bù). Tính các thông số SAIFI, SAIDI, CAIFI, CAIDI đánh giá độ tin cậy của tuyến dây thông qua chức năng DRA. Tính toán dòng ngắn mạch thông qua chức năng Fault, Fault All. Chọn điểm dừng lƣới tối ƣu (TOPO): chƣơng trình cho ta biết điểm dừng lƣới ít bị tổn thất công suất nhất trên tuyến dây đó. Khởi động động cơ (Motor Starting): chƣơng trình tính toán phân tích các quá trình xảy ra, ảnh hƣởng nhƣ thế nào đến tuyến dây, khi có động cơ (đồng bộ hay không đồng bộ) với công
35
suất lớn, khi khởi động trong tuyến dây. Phân tích sóng hài (Harmonics). Phối hợp các thiết bị bảo vệ (Protection Coordination). Hỗ trợ cho công tác thiết kế, phát triển lƣới điện bằng cách sử dụng kết quả tính toán của chƣơng trình tại mọi thời điểm. Dự đoán đƣợc quá tải các phần tử trên lƣới điện.
Trong luận văn này ta sẽ sử dụng công cụ Tính toán chế độ xác lập và Phân tích xác định vị trí bù tối ƣu của phần mềm PSS/ADEPT.
2.2.4. Xây dựng sơ đồ tính toán
Phần mềm PSS/ADEPT có một môi trƣờng để thiết kế sơ đồ của lƣới, trên thanh công cụ vẽ có các loại phần tử điện cho phép ngƣời dùng có thể chọn để mô phỏng lại sơ đồ lƣới điện nhƣ nút, máy phát, máy biến áp, thanh cái, đƣờng dây, tải điện, phụ tải, động cơ…
Khi thiết lập sơ đồ, chúng ta tiến hành xác định các nút, sau đó nối các nút bằng đƣờng dây, máy biến áp, phụ tải...
Do giới hạn về độ dài nên luận văn này chỉ đƣa ra tính toán phân tích bù tối ƣu trên một lộ đƣờng dây của Công ty Điện lực Thƣờng Tín, đây là một lộ đƣờng dây điển hình do đó ta hoàn toàn có thể tính toán các lộ đƣờng dây còn lại theo phƣơng pháp nêu trong luận văn này. Ta lựa chọn tính toán cho lộ xuất tuyến 35kV 371 E1.32.
2.2.5. Giới thiệu lộ xuất tuyến 35kV 371 E1.32
Đƣờng dây 371E1.32 là một lộ đƣờng dây trung áp có tính chất điển hình, có bán kính cấp điện khoảng trên 10km với hai nhánh rẽ lớn và nhiều nhánh rẽ nhỏ. Lộ 371 E1.32 cấp điện cho 69 TBA với tổng công suất 24.210kVA. Đƣờng dây trải dài và hiện đang cấp điện cho một số xã khu vực phía Đông huyện Thƣờng Tín, đi qua địa bàn các xã Liên Phƣơng, Vân Tảo, Thƣ Phú, Chƣơng Dƣơng, Tự Nhiên, Ninh Sở.
Đƣờng dây 371 E1.32 có tỷ trọng điện năng sinh hoạt khoảng 80%, còn lại là khách hàng sản xuất và các khách hàng chuyên dùng.
36
2.2.6. Mô phỏng lộ 371 E1.32 trong phần mềm PSS/ADEPT
Phần mềm PSS/ADEPT tính toán các thông số dựa vào việc sử dụng dữ liệu các phần tử cho trong một file thƣ viện có sẵn, ta có thể điều chỉnh lại thông số các phần tử trong thƣ viện đề tùy biến nhằm phù hợp với lƣới điện khu vực.
Mô phỏng lộ 371 E1.32 bằng cách lựa chọn các phần tử có sẵn trong thƣ viện simulator của phần mềm nhƣ nguồn điện, các node, nguồn, dây dẫn, máy biến áp, phụ tải để vẽ lại sơ đồ lƣới điện.
37
38
2.2.6.1. Thông số nguồn
Nguồn cấp đƣợc lựa chọn từ thƣ viện simulator của phần mềm với một vài thông số đƣợc đặt sẵn. Sau khi lựa chọn nguồn cấp từ thƣ viện ta cài đặt thông số điện áp và công suất cơ bản:
Điện áp dây danh định: 35 kV Công suất cơ bản: 1000 kVA
2.2.6.2. Thông số đƣờng dây
Thông số về dây dẫn đƣợc tra trong các tài liệu tra cứu và sổ tay về thiết bị điện. Thiết lập thông số về dây dẫn vào thƣ viện của phần mềm PSS/ADEPT ví dụ: AC35, AC50, AC70, AC95, AC120…
Bảng 2- 1. Thông số các loại dây dẫn
STT Loại dây Điện trở
r0 (Ω/km) Điện kháng x0 (Ω/km) 1 AC 25 1.300 0.450 2 AC 35 0.850 0.438 3 AC 50 0.590 0.429 4 AC 70 0.420 0.418 5 AC 95 0.310 0.408 6 AC 120 0.250 0.400 7 AC 150 0.190 0.393 8 Cáp M 240 0.098 0.420
Khi mô phỏng lộ 371 E1.32 ta lựa chọn tiết diện và chiều dài các đoạn đúng với kết cấu lƣới hiện trạng. Thông số về dây dẫn lộ 371 E1.32 cho trong Bảng 2-2.
39
Bảng 2- 2. Thông số dây dẫn lộ 371 E1.32
STT Tên Nút đầu Nút cuối Chiều dài
(km) Loại dây
1 Line1 NODE1 NODE2 1.075 AC95
2 Line10 NODE10 NODE11 0.5 AC95
3 Line12 NODE12 NODE13 0.3 AC70
4 Line13 NODE13 NODE14 0.5 AC70
5 Line17 NODE7 NODE18 0.6 AC95
6 Line18 NODE18 NODE19 0.6 AC95
7 Line19 NODE19 NODE20 0.8 AC70
8 Line2 NODE2 NODE3 1.0 AC95
9 Line20 NODE20 NODE21 0.4 AC70
10 Line21 NODE21 NODE22 0.7 AC70 11 Line22 NODE22 NODE23 0.4 AC70 12 Line23 NODE23 NODE24 0.05 AC70 13 Line24 NODE23 NODE25 0.02 AC70 14 Line26 NODE25 NODE26 0.2 AC50 15 Line27 NODE24 NODE27 0.2 AC70 16 Line28 NODE27 NODE28 0.2 AC70
17 Line3 NODE3 NODE4 0.6 AC95
18 Line30 NODE12 NODE30 0.4 AC70
19 Line32 NODE5 NODE30 1.0 AC70
20 Line33 NODE30 NODE31 0.6 AC70 21 Line34 NODE31 NODE32 0.5 AC70 22 Line35 NODE32 NODE33 0.4 AC70 23 Line36 NODE14 NODE34 0.2 AC70 24 Line37 NODE35 NODE16 0.3 AC70 25 Line38 NODE17 NODE37 0.35 AC95 26 Line39 NODE17 NODE36 0.12 AC95
27 Line4 NODE4 NODE5 1.1 AC95
28 Line40 NODE11 NODE38 0.4 AC70 29 Line41 NODE38 NODE39 0.8 AC70 30 Line42 NODE39 NODE40 0.4 AC70 31 Line43 NODE40 NODE44 0.5 AC70 32 Line44 NODE44 NODE45 0.6 AC70 33 Line45 NODE45 NODE48 0.1 AC70 34 Line46 NODE45 NODE46 0.5 AC70 35 Line47 NODE46 NODE47 0.3 AC70 36 Line48 NODE40 NODE41 0.1 AC70
40
STT Tên Nút đầu Nút cuối Chiều dài
(km) Loại dây
37 Line49 NODE41 NODE42 0.1 AC70
38 Line5 NODE5 NODE6 0.1 AC95
39 Line50 NODE42 NODE43 0.1 AC70 40 Line51 NODE11 NODE49 1.2 AC95 41 Line52 NODE49 NODE50 0.8 AC95 42 Line53 NODE50 NODE51 0.6 AC95 43 Line54 NODE51 NODE52 0.6 AC95 44 Line55 NODE52 NODE53 0.6 AC95 45 Line56 NODE53 NODE54 0.4 AC95 46 Line57 NODE54 NODE55 0.4 AC95 47 Line58 NODE55 NODE56 0.7 AC95 48 Line59 NODE56 NODE57 0.3 AC95
49 Line6 NODE6 NODE7 0.2 AC95
50 Line60 NODE49 NODE58 0.6 AC70 51 Line61 NODE58 NODE59 0.1 AC70 52 Line62 NODE51 NODE60 1.2 AC95 53 Line63 NODE60 NODE61 0.3 AC95 54 Line64 NODE55 NODE62 0.6 AC70 55 Line65 NODE57 NODE63 1.2 AC95 56 Line66 NODE63 NODE64 0.5 AC95 57 Line67 NODE64 NODE65 0.3 AC95 58 Line68 NODE64 NODE66 0.6 AC50
59 Line7 NODE7 NODE8 0.6 AC95
60 Line70 NODE57 NODE68 0.4 AC95 61 Line71 NODE68 NODE69 0.4 AC95 62 Line72 NODE69 NODE70 0.4 AC95 63 Line73 NODE70 NODE71 0.4 AC95 64 Line74 NODE71 NODE72 0.1 AC95 65 Line75 NODE72 NODE73 0.4 AC95 66 Line76 NODE70 NODE74 0.4 AC70 67 Line77 NODE74 NODE75 1.2 AC70 68 Line78 NODE76 NODE75 0.3 AC70 69 Line79 NODE76 NODE77 0.3 AC70
70 Line8 NODE8 NODE9 0.5 AC95
71 Line80 NODE15 NODE14 0.6 AC70 72 Line81 NODE15 NODE16 0.3 AC70 73 Line82 NODE16 NODE17 0.7 AC70
41
2.2.6.3. Thông số máy biến áp
Thông số máy biến áp trong thƣ viện yêu cầu đặt dƣới dạng đơn vị tƣơng đối, do đó ta đi tính toán các thông số Máy biến áp rồi quy đổi về đơn vị tƣơng đối.
Công suất nguồn hệ thống chọn là 1000 kVA, điện áp hệ thống tính cài đặt là 35kV do đó Tổng trở hệ thống: 2 HT HT U 35x35x1000 Z 1225 ( ) S 1000
Điện trở Máy biến áp quy đổi về phía cao thế:
2 3 N Cdm b 2 dm P .U R .10 , k W, kV, kVA S
Điện kháng Máy biến áp quy đổi về phía cao thế:
2 N Cdm b dm U .U X .10 , kV, kVA S
Điện trở tƣơng đối Máy biến áp quy đổi về phía cao thế: b
b HT R r pu Z
Điện kháng tƣơng đối Máy biến áp quy đổi về phía cao thế: b
b HT X x pu Z Trong đó:
SHT : Công suất cơ bản ; kVA UCđm : Điện áp định mức phía cao áp ; kV Sđm : Công suất định mức MBA ; kVA ΔPN : Tổn hao ngắn mạch MBA ; kW UN : Điện áp ngắn mạch MBA ; %
Kết quả tính toán thông số của một vài Gam công suất MBA cho trong Bảng 2-3 và thông số MBA của lộ 371 E1.32 trong Bảng 2-4.
42
Bảng 2- 3. Thông số Máy biến áp
STT U đm (kV) S đm (kVA) Un (%) ΔPn (kW) Io (%) Điện trở MBA R (Ω) Điện kháng MBA X (Ω) Tổng trở hệ thống Z (Ω) Điện trở tƣơng đối r (pu) Điện kháng tƣơng đối x(pu) 1 35/0.4 50 5.00 0.880 1.8 431.2 1225.0 1225 0.35200 1.00000 2 35/0.4 100 5.00 1.750 1.8 214.4 612.5 1225 0.17500 0.50000 3 35/0.4 180 5.00 2.250 1.7 85.1 340.3 1225 0.06944 0.27778 4 35/0.4 250 5.00 3.200 1.7 62.7 245.0 1225 0.05120 0.20000 5 35/0.4 320 5.00 3.880 1.6 46.4 191.4 1225 0.03789 0.15625 6 35/0.4 400 5.00 4.600 1.5 35.2 153.1 1225 0.02875 0.12500 7 35/0.4 560 5.00 5.470 1.5 21.4 109.4 1225 0.01744 0.08929 8 35/0.4 630 5.50 6.210 1.4 19.2 106.9 1225 0.01565 0.08730 9 35/0.4 750 5.50 7.100 1.4 15.5 89.8 1225 0.01262 0.07333 10 35/0.4 1000 6.00 10.000 1.3 12.3 73.5 1225 0.01000 0.06000 11 35/0.4 1250 6.00 13.900 1.2 10.8976 58.8 1225 0.00890 0.04800
43
Bảng 2- 4. Thông số Máy biến áp của lộ 371 E1.32
STT MBA Điểm đầu Điểm cuối Phụ tải U Cđm
(kV)
U Hđm (kV)
S đm (kVA)
1 Tran1 NODE2 NODE2-1 thienphu1 35 0.4 TM1000 2 Tran10 NODE13 NODE13-1 bangso2 35 0.4 TM320 3 Tran11 NODE34 NODE34-1 xamduong1 35 0.4 TM400 4 Tran12 NODE34 NODE34-2 bangso 35 0.4 TM630 5 Tran13 NODE15 NODE15-1 dailo1 35 0.4 TM320 6 Tran14 NODE35 NODE35-1 hieuthang 35 0.4 TM250 7 Tran15 NODE35 NODE35-2 ninhxa 35 0.4 TM320 8 Tran16 NODE17 NODE17-1 mitsuTL 35 0.4 TM1000 9 Tran17 NODE37 NODE37-1 xamduong2 35 0.4 TM320 10 Tran18 NODE36 NODE36-1 dailo2 35 0.4 TM250 11 Tran19 NODE18 NODE18-1 soha2 35 0.4 TM400 12 Tran2 NODE3 NODE3-1 lienphuong2 35 0.4 TM320 13 Tran20 NODE19 NODE19-1 bomhongvan 35 0.4 TM1250 14 Tran21 NODE20 NODE20-1 xomgiao 35 0.4 TM100 15 Tran22 NODE21 NODE21-1 traivantao 35 0.4 TM250