Ảnh hƣởng đến dòng ngắn mạch và làm việc của thiết bị bảo vệ

VI. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

2.5 Ảnh hƣởng đến dòng ngắn mạch và làm việc của thiết bị bảo vệ

Vấn đề về bảo vệ là vấn đề cần đặc biệt quan tâm khi kết nối DG vào lƣới điện. Khi kết nối DG vào lƣới điện, trong chế độ sự cố, DG có thể làm giảm bớt mức độ suy giảm điện áp, tuy nhiên cũng ảnh hƣởng tới sự phân bố dòng sự cố với mức độ phức tạp tăng lên [7][12][22].

Cấu trúc truyền thống của LĐTA là các sơ đồ lƣới hình tia hoặc mạch vòng kín vận hành hở. Nhƣ vậy, trong chế độ làm việc bình thƣờng cũng nhƣ trong chế độ sự cố, dòng điện chạy theo một chiều duy nhất từ nguồn tới phụ tải. Nếu nhƣ

có sự cố xảy ra gần với phụ tải thì thiết bị bảo vệ phụ tải gần nhất về phía nguồn sẽ tác động, nếu không thì bảo vệ cấp trên sẽ tác động để cô lập phần lƣới bị sự cố hoặc loại trừ sự cố. Do các DG đƣợc đấu nối song song với lƣới nên làm giảm tổng trở sự cố của lƣới dẫn đến tăng dòng sự cố. Chính vì vậy, khi kết nối DG vào LĐTA thì nhất thiết phải đảm bảo đƣợc tính chọn lọc và đảm bảo mức độ sự cố phải thấp hơn giá trị thiết kế ban đầu của lƣới dƣới các điều kiện bất lợi nhất.

2.5.1 Dòng điện tăng cao trong các trường hợp sự cố

Trong các chế độ ngắn mạch, dòng điện ngắn mạch ngoài việc đƣợc cung cấp năng lƣợng từ hệ thống, còn đƣợc cung cấp năng lƣợng từ các DG. Do đó dòng điện trong các chế độ sự cố ngắn mạch trên lƣới điện sẽ tăng lên. Khi đó, với tính chất của LĐTA thì sự gia tăng giá trị dòng sự cố cần đảm bảo các điều kiện sau:

- Dòng điện sự cố không đƣợc vƣợt quá dòng điện ngắn mạch định mức của thiết bị;

- Thiết bị bảo vệ quá dòng điện có khả năng cắt sự cố tƣơng đƣơng với mức độ của dòng điện ngắn mạch;

- Phải có sự phối hợp chặt chẽ giữa các thiết bị bảo vệ trên lƣới điện nhƣ. Khi dòng sự cố tăng quá cao và có thể cao hơn dòng cắt ngắn mạch của máy cắt sẽ dẫn đến hƣ hỏng cho thiết bị và mất an toàn cho ngƣời vận hành. Nếu thay thế các thiết bị có khả năng chịu đựng dòng ngắn mạch tƣơng ứng sẽ làm tăng vốn đầu tƣ của lƣới điện.

Mức độ tăng của dòng điện sự cố phụ thuộc vào công suất, mức độ thâm nhập, công nghệ của DG cùng với cấp điện áp hệ thống trƣớc khi sự cố. Công suất của DG càng lớn, mức độ ảnh hƣởng càng tăng.

2.5.2 Ảnh hưởng của DG đến sự phối hợp giữa các thiết bị bảo vệ

Việc kết nối DG vào lƣới điện đòi hỏi cần phải xem xét lại khoảng thời gian phối hợp giữa các bảo vệ đƣờng dây lân cận, vì ảnh hƣởng của DG tới sự phối hợp của các bảo vệ không chỉ giới hạn trong đƣờng dây mà DG kết nối vào. Sự cố ở đƣờng dây lân cận có thể khiến cho các bảo vệ ở đƣờng dây có nguồn điện phân tán kết nối vào hoạt động. Điều này là không mong muốn vì sự cố đó không nằm trong phạm vi bảo vệ của các thiết bị bảo vệ trên đƣờng dây có nguồn điện phân tán kết nối vào, và sẽ dẫn đến việc ngừng cung cấp điện cho các phụ tải trong khi đƣờng dây đó không hề bị sự cố.

Để tạo ra sự phối hợp các thiết bị bảo vệ thích hợp cho tất cả các chế độ sự cố trên lƣới điện là rất khó khăn. Do đó, trong trƣờng hợp này ngƣời ta thƣờng

thay thế các bảo vệ quá dòng không hƣớng trên đƣờng dây bằng các bảo vệ quá dòng có hƣớng. Việc thêm các bảo vệ quá dòng có hƣớng tại các máy cắt đầu đƣờng dây sẽ giúp giải quyết đƣợc vấn đề này.

Sự tăng lên về dòng điện sự cố trên lƣới làm thay đổi cách thức hệ thống bảo vệ kiểm soát sự cố (cài đặt rơle, thiết bị TĐL, dung lƣợng cắt ngắn mạch của máy cắt và cầu chì).

DG còn làm ảnh hƣởng đến vùng tác động của bảo vệ rơ le: Nếu có trƣờng hợp DG đƣợc kết nối ở giữa vị trí đặt máy cắt và điểm sự cố thì khi đó vùng tác động của bảo vệ rơ le sẽ bị thu hẹp dẫn đến làm tăng thời gian loại trừ sự cố.

2.5.3 Ảnh hưởng của DG đến sự làm việc của thiết bị tự động đóng lại.

Khi có sự cố ngắn mạch thoáng qua, các thiết bị bảo vệ của DG sẽ phải phát hiện sự cố và ngắt kết nối với hệ thống trong khoảng thời gian tác động của thiết bị tự động đóng lại (TĐL) và mất một khoảng thời gian để TĐL loại trừ sự cố. Nếu không, DG vẫn kết nối với lƣới trong thời gian ngắt của TĐL và duy trì hồ quang tại điểm sự cố khiến cho quá trình đóng lặp lại của TĐL không thành công, khi đó thiết bị bảo vệ sẽ tác động nhƣ khi có sự cố duy trì, nghĩa là các thiết bị bảo vệ làm việc sai. Khoảng thời gian tác động của TĐL đƣợc quy định thƣờng nhỏ hơn hoặc bằng 1 giây.

Trong trƣờng hợp, trên lƣới điện có sự phối hợp giữa cầu chì và thiết bị TĐL. Khi có sự đóng góp dòng điện sự cố của các DG làm cho dòng điện sự cố tổng lớn, điều đó có thể làm cho cầu chì tác động đồng thời hoặc tác động trƣớc cả thiết bị TĐL. Trong lƣới điện, các sự cố thoáng qua lại chiếm đến 70-80% các sự cố xảy ra tại các tuyến đƣờng dây, điều đó đồng nghĩa rằng độ tin cậy cung cấp điện cho phụ tải phía sau cầu chì giảm thấp. Vì vậy, sự phối hợp giữa cầu chì và TĐL sẽ cần phải đƣợc tính toán và cài đặt lại cho phù hợp trong từng trƣờng hợp cụ thể.

Thiết bị TĐL có thể tác động nhầm với các sự cố ngoài vùng bảo vệ của mình. Ví dụ: Trƣờng hợp DG đƣợc kết nối sau TĐL mà sự cố lại xảy ra ở đoạn đƣờng dây phía trƣớc TĐL. Điều này có thể khắc phục bằng cách trang bị các bảo vệ có hƣớng cho TĐL.

Một vấn đề rất dễ xảy ra là, các DG có thể cản trở sự đóng lại thành công của thiết bị TĐL. Khi TĐL tác động để loại trừ sự cố nhƣng do DG vẫn cấp nguồn đến điểm sự cố làm hồ quang tại đó không đƣợc dập tắt và TĐL đóng lại không thành công vì nó hiểu đó là ngắn mạch duy trì. Trong trƣờng hợp này, DG làm giảm độ liên tục cung cấp điện, không những thế mỗi lần TĐL đóng lại không thành công còn làm tăng thêm các áp lực đối với chính nó.

Mặt khác, nguy hiểm nhất là khi thiết bị TĐL đóng lại thành công nhƣng mất đồng bộ. Giả sử khi có sự cố thoáng qua trong lƣới điện, TĐL tác động thành công, tuy nhiên DG vẫn đang cấp nguồn cho phần lƣới điện bị cô lập (phần lƣới này có tần số khác với tần số hệ thống). Nhƣ vậy, khi TĐL tác động đóng lại hai lƣới điện không cùng tần số sẽ đặc biệt nguy hiểm nếu tại thời điểm tác động mà hai lƣới điện ngƣợc pha nhau, sẽ dẫn đến quá điện áp, quá dòng điện và mô men xoắn lớn tác động xấu đến các máy điện quay.

2.5.4 Biện pháp hạn chế ảnh hưởng của DG trong chế độ sự cố lưới điện

Có rất nhiều biện pháp để hạn chế ảnh hƣởng của DG trong chế độ sự cố nhƣ sử dụng kháng điện nối nối tiếp giữa DG với lƣới hay biện pháp sử dụng các thiết bị hạn chế dòng sự cố. Thiết bị hạn chế dòng sự cố (FCL) có thể là khả dĩ trong việc tối thiểu hóa ảnh hƣởng của DG lên lƣới khi có sự cố và cũng không có những tác động bất lợi tới lƣới trong trạng thái làm việc ổn định khi không có sự cố. FCL sẽ hạn chế dòng của DG cấp ngƣợc vào lƣới khi sự cố mà không ngăn cản dòng công suất từ DG vào lƣới ở trạng thái làm việc bình thƣờng. Giải pháp này có ƣu điểm là không cần phải thay đổi lại các thông số cài đặt của rơle hiện có trên hệ thống.

2.6 Ảnh hƣởng đến độ tin cậy cung cấp điện

2.6.1 Độ tin cậy cung cấp điện

Độ tin cậy của hệ thống phân phối điện là một chỉ tiêu quan trọng trong quy hoạch và vận hành hệ thống. Với sự xuất hiện của DG trên lƣới, độ tin cậy cung cấp điện có thể đƣợc cải thiện hoặc không. Điều đó phụ thuộc vào cấu trúc của lƣới điện, vị trí đấu nối, công suất lắp đặt và công nghệ của DG.

Một số ảnh hƣởng của DG đến độ tin cậy cung cấp điện [12][21]:

- DG có thể nâng cao đƣợc độ tin cậy của lƣới khi tải đỉnh và do đó làm chậm lại giai đoạn phải đầu tƣ vốn vào cải tạo lƣới.

- Khi DG đƣợc đặt gần với phụ tải thì chúng có thể nâng cao điện áp và giảm đƣợc tổn thất công suất trên đoạn lƣới từ trạm phân phối đến vị trí DG.

Trong thời gian tải đỉnh, vận hành DG có thể giảm đƣợc tải biểu kiến của đƣờng dây xuống dƣới giới hạn của lƣới phân phối. Việc giảm tải dƣới giới hạn tải của đƣờng dây tự nó không thể nâng cao độ tin cậy của lƣới. Phần lớn các nhà cung cấp đều chọn dung lƣợng của đƣờng dây dựa trên tình trạng quá tải định mức của thiết bị và tiêu chuẩn về sự sụt giảm điện áp. Nếu giới hạn này bị vƣợt quá thì có thể kéo theo sự suy giảm mạnh điện áp trên lƣới phân phối, nhƣng vẫn

có một khoảng thời gian cho phép để khắc phục vấn đề này để không phải sa thải phụ tải.

Điều này có thể lý giải đơn giản trong trƣờng hợp DG làm việc song song với lƣới thì bên cạnh việc cung cấp điện cho phụ tải đằng sau lƣới, DG còn cấp ngƣợc công suất trở về lƣới nếu công suất của DG là đủ lớn hơn so với yêu cầu của phụ tải đó. Khi tải đỉnh, DG có thể đáp ứng nhu cầu và do đó sẽ giảm đƣợc tải biểu kiến trên đƣờng dây từ nguồn tới vị trí DG, tức là nâng cao khả năng tải của lƣới điện và kéo theo độ tin cậy cung cấp điện tăng lên.

DG có thể góp phần vào việc cung cấp điện cho phụ tải trong những trƣờng hợp bất thƣờng cho tới khi khôi phục lại tình trạng cấp điện của lƣới; từ đó làm tăng các chỉ số về độ tin cậy của lƣới nhƣ: Thời gian mất điện trung bình của hệ thống (SAIDI), tần suất gián đoạn cung cấp điện cho phụ tải (SAIFI),… Sự xuất hiện của DG cũng nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho phụ tải trong chế độ vận hành cô lập. Trong trƣờng hợp này, phụ tải phải nhỏ hơn công suất phát của DG.

Khi đấu nối DG vào lƣới điện sẽ kéo theo các vấn đề về dòng điện ngắn mạch và thiết bị bảo vệ, để nâng cao độ tin cậy của lƣới điện có thể thực hiện nhiều biện pháp khác nhau nhƣ cài đặt lại các thông số của các thiết bị bảo vệ hoặc xác định các vị trí tối ƣu của các thiết bị bảo vệ cũng nhƣ vị trí của DG.

Đối với LĐTA hình tia thì các bài toán về lựa chọn công suất và vị trí đặt của DG hoặc vị trí đặt của thiết bị TĐL cũng có những ý nghĩa quan trọng. Trong các điều kiện phụ tải phân bố đều thì đặt TĐL ở giữa đƣờng dây có thể tăng đƣợc 25% độ tin cậy cung cấp điện của lộ đƣờng dây đó.

Thực tế phụ tải không phải phân bố đều nên việc sử dụng TĐL sẽ thực hiện theo những yêu cầu về kỹ thuật và kinh tế từ những bài toán cụ thể.

2.6.2 Các hệ số đánh giá độ tin cậy cung cấp điện

Việc đánh giá độ tin cậy chủ yếu dựa vào hai hệ số là SAIDI (thời gian mất điện trung bình hàng năm của hệ thống) và CAIDI (thời gian mất điện trung bình hàng năm của khách hàng), ENS (kWh/năm – tổng điện năng không đƣợc cung cấp), AENS (kWh/khách hàng.năm – điện năng trung bình không đƣợc cung cấp cho khách hàng) [1][3][27][31]. hang khach so Tong hang khach cua dien mat gian thoi Tong SAIDI (2.14) hang khach cua dien mat lan so Tong hang khach cua dien mat gian thoi Tong CAIDI (2.15) 

hang khach so Tong ENS AENS (2.17)

LĐPP ở các khu vực nông thôn và miền núi phía bắc (các DG đƣợc kết nối tới) là lƣới hình tia đƣợc phân thành các phân đoạn và các nhánh rẽ. Mỗi nhánh rẽ đƣợc coi là một điểm tải, mỗi một tải nối với đƣờng trục chính cũng đƣợc coi là một điểm tải. Tỉ lệ hƣ hỏng (s), thời gian mất điện trung bình hàng năm (Us) và thời gian mất điện trung bình/thời gian sửa chữa (rs) của mỗi điểm tải trên lƣới đƣợc tính toán nhƣ sau:   i i s   (2.18)   i i i s r U  (2.19)     i i i i i s s s r U r    (2.20)

Độ tin cậy của mỗi điểm tải đƣợc tính toán có xét tới ảnh hƣởng của mỗi phân đoạn và điểm tải lên điểm tải đƣợc xét. Trƣớc tiên xét ảnh hƣởng của sự hƣ hỏng mỗi phân đoạn tới độ tin cậy của điêm tải xét. Nếu là trên lƣới điện, dọc theo đƣờng trục chính không có các dao cách ly phân đoạn thì bất cứ hƣ hỏng trên phân đoạn nào cũng làm mất điện cho điểm tải xét. Trái lại, nếu dọc trên đƣờng trục chính có các dao phân đoạn thì với bất kỳ sự cố hƣ hỏng nào trên các phân đoạn phía sau điểm tải xét thì mức độ ảnh hƣởng sẽ giảm đi (chỉ mất điện trong thời gian cô lập sự cố).

Tiếp theo xét tới ảnh hƣởng của mỗi hƣ hỏng nhánh rẽ tới điểm tải xét. Vì mỗi nhánh đƣợc nối trực tiếp với đƣờng trục qua cầu chì nên sự cố ở bất kỳ nhánh rẽ nào sẽ không ảnh hƣởng tới độ tin cậy của điểm tải khác. Tuy nhiên, nếu có sự cố ở chính điểm tải xét thì sẽ ảnh hƣởng tới độ tin cậy của nó.

Ảnh hƣởng của mỗi phân đoạn và nhánh rẽ, tỉ lệ hƣ hỏng trung bình, thời gian sửa chữa trung bình, và thời gian mất điện trung bình của điểm tải có thể đƣợc tính toán nhờ công thức (2.18) đến (2.20).

Từ đó, xác định đƣợc các hệ số để đánh giá độ tin cậy:

   i i i i i N N U SAIDI (2.21)

   i i i i i i N N U CAIDI  (2.22)   i i iU L ENS (2.23)    i i i i i N U L AENS (2.24)

Trong đó: Ni và Li là số khách hàng và phụ tải tại điểm tải i.

Kết quả tính toán đƣợc các hệ số từ các công thức từ (2.21) đến (2.24) xét trong các trƣờng hợp khác nhau, có và không có DG để đánh giá đƣợc ảnh hƣởng của DG đến độ tin cậy của lƣới điện.

Ngoài ra, vị trí và công suất của DG đấu nối vào lƣới điện sẽ có thể cải thiện độ tin cậy cung cấp điện của lƣới. Đối với LĐPP hình tia, vị trí tốt nhất của DG là ở cuối đƣờng dây để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện. Vì trên đƣờng trục có bố trí các dao phân đoạn nên khi sự cố ở một phân đoạn bất kỳ, phân đoạn đó sẽ đƣợc cô lập, phần lƣới phía trƣớc sẽ đƣợc cấp điện từ lƣới hệ thống còn phần lƣới cuối sẽ đƣợc cấp điện từ DG nếu công suất của DG cho phép. Khi đó DG đóng vài trò là nguồn dự phòng cho phần lƣới cuối, và chế độ vận hành nhƣ vậy gọi là chế độ vận hành cô lập.

Đấu nối nhiều DG có công suất nhỏ phân bố khắp lƣới sẽ có lợi hơn khi đấu nối DG tại một vị trí nhất định hoặc ở gần trạm nguồn. Tuy nhiên, khi phân bố rải rác nhiều DG công suất nhỏ thì tác dụng nâng cao độ tin cậy sẽ kém hơn so với đặt DG công suất lớn ở cuối đƣờng dây.

Hiệu quả nâng cao độ tin cậy cung cấp điện khi đấu nối DG vào lƣới sẽ cao