Trạm biến áp 220kV Cao Bằng được đầu tư xây dựng và đưa vào vận hành năm 2012 cùng với ĐZ 220kV Nho Quế 3-Cao Bằng có nhiệm vụ giải tỏa công suất cụm thủy điện Nho Quế và cung cấp điện cho phụ tải trên địa bàn khu vực tỉnh Cao Bằng, Bắc Kạn, Lạng Sơn. Đây là tỉnh miền núi vùng cao biên giới, mạng lưới sông ngòi khá dày đặc, nguồn nước dồi dào, địa hình có độ dốc lớn nên có nhiều tiềm năng về thủy điện.
Cao Bằng nói riêng cùng các tỉnh Bắc Kạn, Lạng Sơn nói chung là các tỉnh miền núi vùng cao biên giới nên mật độ dân cư còn thưa thớt, tốc độ tăng trưởng tiêu thụ điện ở mức khiêm tốn so với các khu vực khác của miền. Năm 2015, tổng sản lượng điện thương phẩm của tỉnh Cao Bằng đạt 250GWh, phụ tải cực đại 65MW, không tăng nhiều so với năm 2010 (điện thương phẩm 242GWh, phụ tải cực đại 54.6MW). Ảnh hưởng của suy thoái kinh tế thế giới và quốc gia cũng là một nguyên nhân khiến cho nhu cầu tiêu thụ điện của tỉnh không tăng như dự báo. Hiện nay, khu vực các tỉnh Cao Bằng, Bắc Kạn, Lạng Sơn được cấp điện từ TBA 220kV Cao Bằng và NĐ Na Dương, tỉnh Lạng Sơn.
Theo cập nhật tiến độ triển khai các dự án, TBA 220kV Cao Bằng sẽ được nâng công suất lên 2x125MVA hoàn thành trong quý II/2017. NMTĐ Nho Quế 2 công suất 48MW cũng sẽ đi vào vận hành phát điện trong năm 2017. Ngoài ra, NMTĐ Nho Quế 1 và cụm TĐ Bảo Lâm, TBA 220kV Bảo Lâm sẽ được hoàn thành đóng điện trong giai đoạn 2018-2019. Toàn bộ công suất của cụm TĐ Nho Quế và cụm TĐ Bảo Lâm sẽ được giải tỏa qua ĐZ 220kV Nho Quế-Cao Bằng và Cao Bằng-Bắc Kạn.
Do mật độ phụ tải thấp, chiều dài các ĐZ truyền tải lớn nên điện áp tại TBA 220kV Cao Bằng cũng thường xuyên ở mức cao trong chế độ phụ tải cực tiểu. TBA Cao Bằng hiện đã được lắp 1 kháng 25MVAr điều chuyển từ trạm 220kV Thành Công. Trong năm 2017, TĐ Nho Quế 2 được đưa vào vận hành, tăng cường công suất đặt nguồn khu vực. Điện áp tính toán tại khu vực trạm trong các chế độ vận hành cực tiểu năm 2017 như sau:
Bảng 3.9: Kết quả điện áp nút khu vực Cao Bằng năm 2017
STT Điểm nút Điện áp (kV)
Mùa mưa-cực tiểu Mùa khô-cực tiểu
1 220kV Cao Bằng 243.1 242.8
1 220kV Nho Quế 3 246.9 246.0
2 220kV Nho Quế 2 246.9 245.9
3 110kV Cao Bằng 119.7 119.1
Qua kết quả tính toán, có thể thấy điện áp phía 220kV trạm Cao Bằng cũng như tại Sân phân phối 220kV TĐ Nho Quế 2, Nho Quế 3 có thể vượt ngưỡng tiêu chuẩn theo thông tư 12/2010/TT-BCT (242kV=1.1pu). Điện áp tăng ở đây do lượng công suất phản kháng sinh ra trên các ĐZ (công suất Q của các TĐ Nho Quế không đáng kể), cộng với điện áp toàn hệ thống dâng cao trong chế độ cực tiểu.
Lượng công suất phản kháng sinh ra bởi các ĐZ kết nối với TBA 220kV Cao Bằng được thể hiện trong bảng sau:
Bảng 3.10: Công suất phản kháng sinh ra bởi các ĐZ kết nối với TBA 220kV Cao Bằng năm 2017
Như vậy, có thể thấy lượng công suất phản kháng do các ĐZ truyền tải kết nối với TBA 220kV Cao Bằng lên tới 49,49MVAr khiến điện áp phía 220kV Cao Bằng, TĐ Nho Quế có vượt ngưỡng tiêu chuẩn, ảnh hưởng đến độ tin cậy vận hành cũng như tuổi thọ các thiết bị. Do khu vực nằm cách xa lưới 500kV cũng như các TBA 220kV khác nên việc điều chỉnh điện áp bằng nấc phân áp không tác dụng đáng kể đến việc hạn chế điện áp cao tại Cao Bằng. Một giải pháp có thể đưa ra là cắt bớt các ĐZ truyền tải trong chế độ cực tiểu. Tuy nhiên, đây chỉ là giải pháp mang tính tạm thời, ảnh hưởng đến độ tin cậy vận hành lưới điện cũng như trong tương lai, TBA 220kV Bảo Lâm và cụm TĐ Bảo Lâm được đưa vào vận hành giai đoạn 2018-2019. Xem xét giải pháp hạn chế điện áp cao bằng cách nâng dung lượng bù tại trạm 220kV Cao Bằng lên 50MVAr. Kết quả tính toán điện áp trường hợp thay kháng 25MVAr bằng kháng 50MVAr Cao Bằng như sau:
Đường dây Loại dây mạch n B0 (µS/km) l (km) B=nxB0xl (µS) Q =BxU^2 (MVAr) ĐZ 220kV Cao Bằng-
Nho Quế 3-Nho Quế 2 AC400 2 2,74 115 630,2 30,501 ĐZ 220kV Cao Bằng- Bắc Cạn AC400 1 2,74 70 191,8 9,283 ĐZ 110kV Cao Bằng- Bắc Kạn AC185 1 2,75 80 220 2,91 ĐZ 110kV Cao Bằng- Cao Bằng 110-Quảng Uyên-Lạng Sơn AC185 1 2.75 150 412,5 5,6 ĐZ 110kV Cao Bằng- Gang Thép AC185 1 2,75 16,5 90,75 1,20 Tổng công suất phản kháng 49,49
Bảng 3.11: Kết quả tính toán điện áp trường hợp tại TBA 220kV Cao Bằng lắp kháng 50MVAr tại trạm
STT Điểm nút Điện áp (kV)
Mùa mưa-cực tiểu Mùa khô-cực tiểu
1 220kV Cao Bằng 237.8 237.8
1 220kV Nho Quế 3 241.7 240.9
2 220kV Nho Quế 2 241.6 240.9
3 110kV Cao Bằng 116.0 115.5
Kết quả tính toán cho thấy, khi lắp kháng 50MVAr, điện áp lưới 220kV khu vực tỉnh Cao Bằng được đảm bảo trong giới hạn cho phép. Do vậy, luận văn kiến nghị đầu tư nâng dung lượng kháng 25MVAr (hiện có) lên 50MVAr tại Cao Bằng để đảm bảo chất lượng điện áp lưới truyền tải 220kV khu vực trong chế độ cực tiểu trong giai đoạn tới.
3.4. Kết luận
Lưới điện truyền tải khu vực miền Bắc đóng vai trò quan trọng trong vận hành hệ thống điện Quốc gia, đảm bảo cung cấp điện cho phụ tải toàn miền Bắc nói riêng và cả miền Trung, miền Nam nói chung. Tuy nhiên, với nhiều đặc điểm khó khăn cho công tác vận hành, đặc biệt là công tác điều chỉnh điện áp tại các khu vực, đòi hỏi các Công ty truyền tải phải đầu tư xây dựng các công trình trạm biến áp, ĐZ truyền tải mới đi đôi với việc lắp đặt các thiết bị bù trên lưới đảm bảo chất lượng điện áp trong các chế độ vận hành. Lưới điện truyền tải Quốc gia ngày càng phát triển mạnh mẽ gắn liền với sự gia tăng không ngừng của phụ tải, nguồn điện cũng như yêu cầu về chất lượng điện áp. Do vậy, việc nghiên cứu lắp đặt vị trí đặt cũng
như dung lượng các thiết bị bù trên lưới là một bài toán cấp thiết trong giai đoạn tới, nâng cao chất lượng vận hành hệ thống điện.
Trong chương này, luận văn đã tiến hành mô phỏng, tính toán các chế độ vận hành lưới điện truyền tải miền Bắc, qua đó đánh giá tình trạng điện áp trên lưới trong tương lai gần và đề xuất phương án hạn chế điện áp cao tại khu vực tỉnh Cao Bằng. Kết quả này có thể tư liệu tham khảo cho đơn vị quản lý vận hành lưới điện truyền tải miền Bắc Việt Nam có kế hoạch đầu tư lắp đặt thiết bị bù trên lưới, đảm bảo các yêu cầu về tiêu chuẩn điện áp vận hành.
CHƯƠNG 4. CÁC KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT ĐƯỢC ĐƯA RA
4.1. Kết luận chung
Luận văn trình bày về các phương pháp điều chỉnh điện áp trong hệ thống điện, trong đó nghiên cứu sâu về tác dụng của thiết bị bù đến việc đảm bảo giá trị điện áp trên lưới truyền tải đáp ứng các tiêu chuẩn vận hành. Trên cơ sở tính toán mô phỏng lưới điện truyền tải miền Bắc Việt Nam tới năm 2017 cho thấy, tình trạng điện áp thấp khu vực miền Bắc sẽ được giải quyết khá triệt để tới năm 2017 khi các công trình nguồn điện, đường dây, trạm biến áp mới đi vào vận hành, đáp ứng nhu cầu tiêu thụ điện của miền. Tuy nhiên, trong chế độ phụ tải cực tiểu, tình trạng điện áp cao có thể vượt ngưỡng tiêu chuẩn cho phép vẫn có thể xảy ra, cụ thể là ở các tỉnh khu vực miền núi, nơi có nhiều các nhà máy thủy điện vừa và nhỏ, mật độ phụ tải thấp. Các trạm biến áp 220kV có thể nghiên cứu đầu tư lắp đặt kháng hạn chế điện áp trong thời gian tới như: Cao Bằng, Hà Giang, Lào Cai, Sơn La, Thuận Hòa, Đô Lương, Việt trì, Đô Lương, Vinh, Thanh Hóa, Yên Bái, Bảo Thắng.
Để tăng cường chất lượng điện năng trên lưới, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện trong các chế độ vận hành của hệ thống điện nói chung và tại các khu vực truyền tải nói riêng cần phải thực hiện tốt các công việc sau:
- Tiếp tục đầu tư, xây dựng thêm các trạm 500kV/220kV tăng cường khả năng truyền tải của lưới điện, tăng cường liên kết lưới, hỗ trợ công suất mạnh giữa các vùng, miền, khu vực.
- Phát triển nguồn điện đi đôi với cân bằng công suất nguồn-tải tại các khu vực.
- Đầu tư lắp đặt các thiết bị bù trên lưới: kháng bù ngang, tụ bù ngang đảm bảo chất lượng điện áp trong các chế độ vận hành.
Kết quả đạt được của luận văn có thể làm căn cứ để Tổng Công ty truyền tải điện Quốc gia nghiên cứu có kế hoạch lắp đặt kháng hạn chế điện áp cao trong chế độ cực tiểu tại các vị trí đề xuất trên.
4.2. Các đề xuất
Do hạn chế về thời gian, độ dài luận văn theo quy định, tác giả mới đánh giá được chất lượng điện áp trong chế độ xác lập lưới điện miền bắc và đưa ra giải pháp điều chỉnh điện áp cao trong chế độ cho riêng nút tại trạm 220kV Cao Bằng trong chế độ non tải mà chưa xem xét được công suất bù cần yêu cầu tại các vị trí khác như 220kV Sơn La, Hà Giang, Lào Cai, Đô Lương, Bảo Thắng, Yên bái, Vinh, Thuận Hòa, Nghi Sơn, Thanh Hóa, Việt Trì. Để đảm bảo điện áp theo tiêu chuẩn trong các chế độ vận hành trên lưới truyền tải miền Bắc nói riêng và toàn quốc nói chung cần phải có một đề án nghiên cứu tổng thể để đưa ra được các vị trí cũng như công suất bù cần thiết trên lưới.
Các chế độ quá độ và đánh giá ổn định điện áp cũng chưa được nghiên cứu kỹ lưỡng hơn để có bức tranh tổng quan về chất lượng điện áp HTĐ truyền tải miền bắc, tác giả sẽ tiếp tục nghiên cứu trong quá trình công tác và học tập của bản thân tiếp theo. Ngoài ra, các thiết bị FACTs cùng bài toán tối ưu hóa trào lưu công suất trên lưới cũng là một hướng đi mới cần được nghiên cứu thêm nhằm tăng cường độ linh hoạt vận hành.
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
1. [1] Nguyễn Văn Đạm (2008) - Thiết kế các mạng và hệ thống điện - Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội, Việt Nam.
2. [2] PGS. TS Trần Bách – Lưới điện và hệ thống điện – Tập 2,3 – Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội, Việt Nam- 2008.
3. [3] GS.TS Lã Văn Út, TS Trương Ngọc Minh, TS Lã Minh Khánh (2016)- Hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt- Bộ môn Hệ thống điện- Đại học bách khoa Hà Nội.
4. [4] PGS. TS Trần Bách (2014) - Chuyên đề Phân tích hệ thống điện; Phân tích tổng hợp các vấn đề trong quy hoạch phát triển lưới truyền tải điện Việt Nam.
5. [5] Trần Văn Thịnh (2016) – Điều khiển điện tử công suất và ứng dụng
trong hệ thống năng lượng - Bài giảng ;
6. [6] Bộ Công thương - Thông tư 12/2010/TT-BCT ngày 15tháng 4 năm
2010 về việc quy định hệ thống điện truyền tải;
7. [7] Tập đoàn điện lực Việt nam (2015)- Báo cáo tổng kết vận hành lưới điện truyền tải .
8. [8] Trung tâm điều độ HTĐ miền bắc (2015) - Báo cáo tổng kết vận hành lưới điện truyền tải.
9. [9] Tổng Công ty Truyền tải điện Quốc gia (2015) - Báo cáo tổng kết vận hành lưới điện Truyền tải ;
10. [10] Trung tâm điều độ Hệ thống điện Quốc gia (2015)- Sơ đồ kết dây đến ngày 31/12/2015, giai đoạn 2016,2017 ;
11. [11] Trung tâm điều độ Hệ thống điện Quốc gia - Quy định điều chỉnh điện áp.
12. [12] Viện năng lượng (2015)- Đề án Điều chỉnh quy hoạch phát triển điện
lực quốc gia giai đoạn 2011-2020 có xét đến 2030 (QHĐ7ĐC) đã được Thủ tướng
13. [13] Viện năng lượng (2016)– Đề án chương trình đầu tư lưới truyền tải
điện đảm bảo tiêu chí N-1 giai đoạn 2016-2020.
Tiếng Anh
14. [14] Volume I: Program Operation Manual - PSS/E 29, October - 2002. 15. [15] Volume I: Program Application Guide - PSS/E 29, October - 2002. 16. [16] PSS/E OPF Manual - PSS/E 29, October - 2002.
17. [17] Narain G. Hingorani, Laszlo Gyugyi (1999) – Understanding FACTS:
Concepts and Technology of Flexible AC Transmission Systems – Wiley-IEEE
PHỤ LỤC.
Phụ lục 01. Cấu hình lưới truyền tải điện miền Bắc năm 2017
Phụ lục 02: Danh sách các Trạm biến áp 500kV lưới miền Bắc năm 2017 Phụ lục 03: Danh sách các Đường dây lưới miền Bắc năm 2017
Phụ lục 04: Danh sách các Trạm biến áp 220kV lưới miền Bắc năm 2017 Phụ lục 05: Danh sách Đường dây 220kV lưới miền Bắc
Phụ lục 06. Số liệu phụ tải và công suất phát trong các chế độ vận hành Phụ lục 06.1: Số liệu phụ tải các tỉnh miền Bắc năm 2017
Phụ lục 06.2: Công suất phát các nhà máy điện trong các chế độ vận hành Phụ lục 07: Kết quả tính toán điện áp lưới truyền tải miền Bắc các chế độ vận hành năm 2017
- Chế độ vận hành mùa khô- phụ tải cực đại - Chế độ vận hành mùa mưa- phụ tải cực tiểu - Chế độ vận hành mùa khô- phụ tải cực tiểu
Phụ lục 8. Trào lưu công suất chế độ vận hành HTĐ miền Bắc 2017 Phụ lục 8.1 Trào lưu công suất chế độ vận hành mùa mưa-phụ tải cực đại Phụ lục 8.2. Trào lưu công suất chế độ vận hành mùa khô-phụ tải cực đại Phụ lục 8.3. Trào lưu công suất chế độ vận hành mùa mưa-phụ tải cực tiểu Phụ lục 8.4. Trào lưu công suất chế độ vận hành mùa khô-phụ tải cực tiểu
Phụ lục 9. Trào lưu công suất chế độ vận hành cực tiểu khu vực trạm biến áp 220kV Cao Bằng
Phụ lục 9.1:Trào lưu công suất khu vực tỉnh Cao Bằng mùa mưa- cực tiểu (trường hợp lắp kháng 25MVAr tại trạm 220kV Cao Bằng)
Phụ lục 9.2: Trào lưu công suất khu vực tỉnh Cao Bằng mùa mưa- cực tiểu (trường hợp lắp kháng 50MVAr tại trạm 220kV Cao Bằng)
Phụ lục 9.3: Trào lưu công suất khu vực tỉnh Cao Bằng mùa khô - cực tiểu (trường hợp lắp kháng 50MVAr tại trạm 220kV Cao Bằng)
Phụ lục 02: Danh sách các Trạm biến áp 500kV lưới miền Bắc năm 2017 STT Tỉnh Tên công trình Công suất (MVA) Ghi chú
1 Sơn La Sơn La 2x900
2 Bắc Giang Hiệp Hòa 2x900
3 Ninh Bình Nho Quan 2x450
4 Hà Nội Thường Tín 900+600
5 Hòa Bình Hòa Bình 2x450
6 Quảng Ninh Quảng Ninh 2x450
7 Hà Tĩnh Hà Tĩnh 2x450
8 Hà Tĩnh Vũng Áng 1x450
9 Hưng Yên Phố Nối 1x600
10 Hà Nội Đông Anh 1x900 Đóng điện 2017
Phụ lục 03: Danh sách các Đường dây lưới miền Bắc năm 2017
STT Tên công trình Số mạch x km Loại dây Chiều dài (km)
1 Sơn La - Hoà Bình 1 x 208 ACSR4x330 208
2 Sơn La - Hiệp Hòa 2 x 264.7 ACSR4x400 529.4
3 Sơn La - TĐ Sơn La 2 x 4.8 ACSR4x330 9.6
4 Sơn La - TĐ Lai Châu 2 x 158.5 ACSR4x330 317 5 TĐ Sơn La - Nho Quan 1 x 258 ACSR4x330 258
6 Hòa Bình - Nho Quan 1 x 89 ACSR4x330 89
7 Nho Quan - Hà Tĩnh 1 1 x 307 ACSR4x330 307 8 Nho Quan - Hà Tĩnh 2 1 x 289 ACSR4x330 289
9 Nho Quan - Thường Tín 1 x 75 ACSR4x330 75
10 Quảng Ninh - Phố Nối 1 x 137 ACSR4x330 137 11 Quảng Ninh - Hiệp Hòa 2 x 139 ACSR4x330 278 12 Quảng Ninh - Mông
Dương 2 x 25 ACSR4x400 50
13 Phố Nối - Thường Tín 2 x 25 ACSR4x330 50
14 Hiệp Hòa - Đông Anh 1 x 23 ACSR4x400 23
STT Tên công trình Số mạch x km Loại dây Chiều dài (km)
16 Hà Tĩnh - Vũng Áng 1 x 70 ACSR4x330 70
17 Hà Tĩnh - Đà Nẵng 1 x 393 ACSR4x330 393
18 Vũng Áng - Đà Nẵng 1 x 354 ACSR4x330 354
Phụ lục 04: Danh sách các Trạm biến áp 220kV lưới miền Bắc năm 2017 STT Tỉnh Tên công trình Công suất (MVA) Ghi chú
1 Cao Bằng Cao Bằng 2x125
2 Bắc Kạn Bắc Kạn Trạm cắt
3 Hà Giang Hà Giang 125