3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài
4.3.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của nguồn điện phân tán đến bảo vệ hệ thống điện
a) Ảnh hưởng nguồn phân tán đến trị số dòng ngắn mạch: Đề tài thực hiện các mô phỏng, tính toán:
¾ Ngắn mạch ba pha, chạm đất một pha trên lưới điện trung áp trạm biến áp
110kV Tiên Yên năm 2010 trong chế độ phụ tải cực đại khi có nhà máy thủy
điện Khe Soong vận hành phát điện lên lưới.
¾ Ngắn mạch ba pha, chạm đất một pha trên lưới điện trung áp trạm biến áp
110kV Tiên Yên năm 2010 trong chếđộ phụ tải cực đại khi nhà máy thủy điện Khe Soong không vận hành phát điện lên lưới.
¾ Ngắn mạch ba pha và chạm đất một pha trên lưới điện trung áp trạm biến áp 110kV Tiên Yên năm 2015 trong chếđộ phụ tải cực đại khi tất cả các nhà máy thủy điện vận hành phát điện lên lưới.
¾ Chạm đất một pha trên lưới điện trung áp trạm biến áp 110kV Tiên Yên năm
2015 trong chế độ phụ tải cực đại khi không có nhà máy thủy điện vận hành phát điện lên lưới.
Đề tài tập trung phân tích dòng ngắn mạch trên lưới trung áp đường trục 371 là
đường trục có các nguồn thủy điện đấu nối vào.
Bảng 4.6: Ngắn mạch ba pha trên lưới trung áp TBA 110kV Tiên Yên năm 2010
Mã nút Tên nút
Inm 3pha khi không có TĐ
Khe Soong (A)
Inm 3pha khi có TĐ Khe Soong (A) Thay đổi % 37106 TC 35kV Tiên Yên 1660,9 1885,4 114% 37101 Khe Và 1486,5 1718,4 116% 37107 TĐ Khe Soong 1333,8 1571,5 118% 37102 Phong Dụ 1129,7 1302,2 115% 37103 Mạ Chạt 890,8 999,9 112% 37104 Bình Liêu 788,9 874,3 111% 37105 Pắc Fe 686,7 752,8 110%
57
Bảng 4.7: Chạm đất một pha trên lưới trung áp TBA 110kV Tiên Yên năm 2010
Mã nút Tên nút
Ichđ 1pha khi không có TĐ
Khe Soong (A)
Ichđ 1pha khi có TĐ Khe Soong (A) Thay đổi % 37106 TC 35kV Tiên Yên 1869,7 2138,2 114% 37101 Khe Và 1474,8 1791,8 121% 37107 TĐ Khe Soong 1190,2 1555,1 131% 37102 Phong Dụ 882,3 1085,1 123% 37103 Mạ Chạt 604,7 702,3 116% 37104 Bình Liêu 506,8 576,1 114% 37105 Pắc Fe 420,5 469,3 112%
Qua kết quả tính toán ngắn mạch trên lưới trung áp cho thấy, có sự thay đổi về giá trị dòng ngắn mạch tại tất cả các nút khi có nhà máy thủy điện Khe Soong đấu nối vào lưới điện (tăng từ 10-30%). Dòng ngắn mạch tại các nút đều tăng trong đó dòng chạm đất
một pha tăng nhanh hơn dòng ngắn mạch ba pha. Dòng ngắn mạch tại những nút gần
điểm đấu nối của nguồn điện tăng nhiều hơn tại những vị trí xa điểm đấu nối.
b) Ảnh hưởng nguồn phân tán đến vùng tác động của rơ le
Thực hiện mô phỏng tính toán ngắn mạch ba pha và chạm đất một pha tại nút Păc Fe trong hai chếđộ làm việc:
+ Phụ tải cực đại với thủy điện Khe Soong phát điện lên lưới, + Phụ tải cực đại và thủy điện Khe Soong không phát điện.
Do đường dây 371 được bảo vệ bởi rơ-le quá dòng đặt tại đầu xuất tuyến 35kV trong TBA 110kV nên dòng ngắn mạch đầu xuất tuyến 371 là giá trị chỉnh định cho rơ-le tác động. Xuất tuyến 371 được bảo vệ bởi bảo vệ quá dòng và bảo vệ quá dòng có thời gian. Thông số của các loại bảo vệ này được trình bày trong bảng sau:
58
Bảng 4.8: Thông số chỉnh định rơ le bảo vệđường dây 35kV TBA 110kV Tiên Yên
Số hiệu máy cắt Thiết bị được bảo vệ Loại rơ le bảo vệ Trị số chỉnh định Tỷ số TU,TI Trị sốđặt Trị số dòng nm tác động Thời gian cắt & thiết bị tác động 371 Đường dây 371 2-DL-51/50 2-DL-51/50 3-DL-51/20 300/5Y I>>>= 15A I>> = 12,5A I> = 5A I ≥ 900A I ≥ 750A I ≥ 300A 0,0sec cắt 371 1,0sec cắt 371 1,5sec cắt 371
Nguồn: Phòng điều độ B5, Công ty điện lực Quảng Ninh
Kết quả tính toán dòng ngắn mạch chạy qua đầu xuất tuyến 371 khi có sự cố tại nút Pắc Fe được trình bày trong bảng sau:
Bảng 4.9: Dòng ngắn mạch tại đầu xuất tuyến 371 TBA 110kV Tiên Yên khi có sự cố tại nút Pắc Fe năm 2010
TT Loại sự cố Inm khi không có TĐ Khe Soong (A)
Inm khi có TĐ Khe Soong (A) Thay đổi (A) tăng (+); giảm (-) Ngắn mạch ba pha 690,1 620,2 -69,9 Chạm đất một pha 446,3 354,8 -91,6
Như vậy, khi thủy điện Khe Soong vận hành sẽ làm giảm dòng ngắn mạch qua rơ-
le nếu xảy ra sự cố tại nút Păc Fe. Do thông số rơ-le bảo vệ xuất tuyến 371 được chỉnh định có khoảng dự phòng nên ảnh hưởng này chưa làm thay đổi vùng tác động của rơ le bảo vệ. Tuy nhiên vùng dự phòng đã bị thu hẹp lại, nếu có nguồn phân tán mới đấu nối vào lưới điện thì vùng bảo vệ của rơ-le có thể sẽ bị thu hẹp lại. Hoặc có phụ tải mới phát triển sau nút Pắc Fe có thể nút này sẽ nằm ngoài phạm vi bảo vệ của rơ-le khi thủy điện Khe Soong phát điện lên lưới.
Thực hiện mô phỏng tính toán ngắn mạch ba pha và một pha tại nút Păc Fe năm 2015 trong hai chếđộ làm việc.
+ Phụ tải cực đại với thủy điện Khe Soong, Bình Liêu và Bản Chuồng phát điện lên lưới.
+ Phụ tải cực đại và các nhà máy thủy điện nhỏ không phát điện.
Kết quả tính toán dòng ngắn mạch chạy qua đầu xuất tuyến 371 khi có sự cố tại nút Pắc Fe được trình bày trong bảng sau:
59
Bảng 4.10: Dòng ngắn mạch tại đầu xuất tuyến 371 TBA 110kV Tiên Yên khi có sự cố tại nút Pắc Fe năm 2015 TT Loại sự cố Inm khi không có nguồn TĐ nhỏ (A) Inm khi có nguồn TĐ nhỏ(A) Thay đổi (A) tăng (+); giảm (-) Ngắn mạch ba pha 796,1 568,0 -228,1 Chạm đất một pha 490,0 279,4 -210,6
Giả sử thông số chỉnh định rơ-le không thay đổi, khi đó trong chếđộ cả ba nguồn thủy điện phát điện trong chế độ phụ tải cực đại và có sự cố ngắn mạch một pha tại nút Păc Fe thì rơ-le bảo vệ sẽ không tác động. Vùng bảo vệ của rơ-le đã bị thu hẹp do nhiều nhà máy thủy điện đấu nối vào lưới điện trung áp.
c) Ảnh hưởng nguồn phân tán đến tính chọn lọc của rơ le:
Thực hiện mô phỏng tính toán dòng ngắn mạch ba pha và chạm đất một pha tại
nút Tiên Yên (xuất tuyến 375) và Đầm Hà (xuất tuyến 373) năm 2015 trong chếđộ làm
việc: Phụ tải cực đại với thủy điện Khe Soong, Bình Liêu và Bản Chuồng phát điện lên lưới.
Kết quả tính toán dòng ngắn mạch trên xuất tuyến 371 khi có sự cố tại nút Tiên
Yên, Đầm Hà được trình bày trong bảng sau:
Bảng 4.11: Dòng ngắn mạch trên xuất tuyến 371 TBA 110kV Tiên Yên khi có sự cố tại nút Tiên Yên, Đầm Hà năm 2015
TT Loại sự cố Inm trên ĐZ 371 khi có nguồn TĐ nhỏ (A)
1 Nm 3 pha nút Tiên Yên 528,8 2 Chạm đất 1 pha nút Tiên Yên 353,3 3 Nm 3 pha nút Đầm Hà 458,8 4 Chạm đất 1 pha nút Đầm Hà 303,4
Kết quả tính toán cho thấy, khi có sự cố bất kì trên xuất tuyến 373 và xuất tuyến 375 thì rơ-le bảo vệ xuất tuyến 371 cũng tác động. Nếu hệ thống bảo vệ xuất tuyến 371 với loại rơ le và thông số chỉnh định được giữ nguyên thì hệ thống bảo vệ này sẽ mất tính
60
chọn lọc khi có nhiều nguồn điện đấu nối vào xuất tuyến này. Từđó làm giảm độ tin cậy cung cấp điện của lưới.
Chi tiết kết quả mô phỏng, tính toán ngắn mạch lưới trung áp trạm biến áp 110kV
Tiên Yên năm 2010 và năm 2015 xem phần phụ lục.
Kết luận
Chương 4 đã trình bày hiện trạng và sự phát triển của nguồn điện phân tán trong hệ thống điện Việt Nam. Trong chương này, đề tài cũng đã thực hiện nghiên cứu ảnh hưởng của nguồn điện phân tán đối với lưới điện phân phối trung áp từ những dự án thực tế. Khi nguồn phân tán tham gia chưa nhiều (số lượng hoặc quy mô công suất chưa đủ lớn) vào lưới trung áp thì những ảnh hưởng là không đáng kể. Tuy nhiên, khi số lượng
hoặc quy mô của nguồn phân tán trên lưới trung áp tăng lên thì những ảnh hưởng đến
chất lượng điện năng và độ tin cậy của hệ thống bảo vệ là rõ rệt và cần phải có những giải pháp hạn chế. Giải pháp có tính chất toàn diện và lâu dài đó là cần có những qui định, yêu cầu kĩ thuật đối với nguồn điện phân tán khi đấu nối vào lưới điện. Các yêu cầu kĩ thuật này cần phải rõ ràng, phù hợp với đặc điểm của nguồn điện phân tán. Đối với hệ thống bảo vệ cần phải có quy định cụ thể về trang bị từng loại bảo vệ theo quy mô công suất và vị trí của nhà máy trên lưới điện.
61
Chương 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận
Đề tài đã giới thiệu về nguồn điện phân tán sử dụng công nghệ truyền thống và hiện đại với những đặc tính của từng loại. Nguồn điện phân tán đặc biệt là nguồn điện sử dụng năng lượng tái tạo có vai trò ngày một quan trọng trong chiến lược phát triển năng lượng nói chung và trong hệ thống điện nói riêng của nhiều quốc gia trên thế giới. Để phát huy hết lợi thế của nguồn điện phân tán, đề tài đã nghiên cứu ảnh hưởng cả về kinh tế và kĩ thuật của nguồn điện phân tán đối với hệ thống điện trong đó tập trung phân tích những ảnh hưởng kĩ thuật. Từđó, đề tài cũng đã xem xét giải pháp để hạn chế những ảnh hưởng này.
Đề tài giới thiệu quy định kĩ thuật đối với nguồn điện phân tán khi đấu nối vào
lưới điện phân phối của Việt Nam (được trình bày trong thông tư 32/2010/TT-BCT) và
một số quốc gia trên thế giới. Từ đó, đề tài đã xem xét đánh giá sự khác biệt giữa quy định của Việt Nam và các nước, nhu cầu bổ sung những yêu cầu mới vào quy định hiện hành.
Với Việt Nam, mặc dù nguồn điện phân tán nói chung và nguồn điện phân tán sử dụng năng lượng tái tạo nói riêng chiếm tỉ lệ chưa cao trong cơ cấu phát điện của hệ thống. Tuy nhiên đối với một số khu vực ở nước ta, nguồn điện phân tán thủy điện nhỏ có vị trí ngày càng quan trọng trong đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện và chất lượng điện năng. Theo những đánh giá hiện nay, tiềm năng nguồn điện phân tán sử dụng năng lượng tái tạo sẽ có vị trí quan trọng hơn trong cơ cấu sản xuất điện toàn quốc, trong đó chủ yếu là năng lượng gió và thủy điện nhỏ. Những nguồn điện phân tán này cũng đang và sẽ có ảnh hưởng đến lưới điện mà nguồn điện đấu nối vào.
Đề tài đã nghiên cứu trường hợp thực tế tại Việt Nam khi đấu nối một số nguồn điện phân tán là thủy điện nhỏ vào lưới điện phân phối trung áp khu vực huyện Bình Liêu, Tiên Yên tỉnh Quảng Ninh. Kết quả tính toán trong nghiên cứu đã chỉ ra những ảnh hưởng khi có nhiều nguồn điện phân tán đấu nối vào lưới điện trung áp. Đấu nối nguồn điện phân tán thủy điện nhỏ vào lưới điện trung áp có thể gây quá điện áp trên lưới trong một số chếđộ vận hành nếu chưa lắp đặt thêm thiết bị điều chỉnh điện áp trên lưới hoặc qui định về giới hạn trên điện áp của nguồn điện khi vận hành quá cao. Nguồn điện phân tán thủy điện nhỏ đấu nối vào lưới điện trung áp còn có thể làm mất tính chọn lọc của hệ
62
thống rơ-le bảo vệ hiện có cũng như làm giảm vùng bảo vệ của rơ-le quá dòng đầu xuất tuyến đường dây.
Như vậy, đề tài nghiên cứu khoa học này đã đạt được những mục tiêu ban đầu đặt ra về nghiên cứu yêu cầu kĩ thuật khi đấu nối nguồn điện phân tán vào lưới điện trung áp. Đề tài này có thể làm tài liệu kĩ thuật tham khảo cho chủđầu tư nguồn điện phân tán, đơn vị phân phối điện và các sinh viên, nghiên cứu viên quan tâm đến lĩnh vực này.
5.2 Kiến nghị và đề xuất
Thông tư 32/2010/TT-BCT về quy định hệ thống điện phân phối đã bao quát toàn bộ hoạt động điện lực trong lưới phân phối từ lưới điện 110kV đến lưới điện hạ thế. Tuy nhiên, thông tư này chủ yếu tập trung vào hoạt động giữa đơn vị phân phối điện và khách hàng mua điện trên lưới điện phân phối. Những yêu cầu kĩ thuật khi đấu nối nguồn điện vào lưới điện phân phối trong thông tư 32/2010/TT-BCT là hợp lí đối với nguồn điện đấu nối vào cấp điện áp 110kV của lưới phân phối. Trong khi nguồn điện phân tán hoạt động trên lưới điện phân phối trung áp có nhiều đặc thù riêng mà những yêu cầu kĩ thuật được quy định trong thông tư này chưa thật sự phù hợp. Do đó, để tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của nguồn điện phân tán, loại bỏ những rào cản kĩ thuật hiện có để nguồn điện phân tán có thể phát huy hết được những ưu thế trong hệ thống điện, đề xuất Bộ Công Thương cần sớm xây dựng những quy định riêng về đấu nối nguồn điện phân tán vào lưới điện phân phối trung và hạ áp.
Những quy định này sẽ bổ sung và cùng với thông tư 32/2010/TT-BCT hướng dẫn
đơn vị phân phối điện quản lí, điều độ và vận hành lưới điện địa phương được tốt hơn, đồng thời sẽ tạo thuận lợi cho chủđầu tư các dự án nguồn điện phân phối trong quá trình triển khai thực hiện dự án khi công khai, minh bạch những yêu cầu, qui định cụ thể. Khánh hàng sử dụng điện cũng sẽđược cung cấp điện với độ tin cậy cao hơn, chất lượng điện năng tốt hơn. Một số nội dung chính đề xuất về yêu cầu kĩ thuật đối với nguồn điện phân tán khi đấu nối vào lưới điện trung áp được trình bày dưới đây:
a) Yêu cầu vềđiện áp
Một số nguồn điện phân tán đấu nối vào lưới điện trung áp như tua-bin gió hay thủy điện nhỏ do những đặc tính kĩ thuật nên rất khó để duy trì dải điện áp trong chếđộ
làm việc bình thường trên lưới điện là +10% và -5% như quy định hiện nay trong thông
63
phụ tải cực tiểu và huy động nguồn thủy điện nhỏ phát cao. Điện áp trên lưới điện có thể xuống dưới giá trị giới hạn dưới nếu khởi động máy phát không đồng bộ của tua-bin gió trong chế độ phụ tải cực đại. Vì vậy, đề xuất xem xét áp dụng dải điện áp trong chếđộ làm việc bình thường đối với nguồn điện đấu nối vào lưới điện phân phối trung áp là +5% và -10%.
b) Tiêu chuẩn về tần số
Hiện nay, nhiều nhà sản xuất máy phát điện với đặc tính có thể duy trì phát công suất liên tục trong một dải tần số khá rộng. Do đó xem xét yêu cầu những nguồn điện phân tán xây mới đấu nối vào lưới điện trung áp có dải tần số làm việc trong chếđộ bình thường (phát công suất liên tục không được giảm phát) là từ 47,5 đến 51,5Hz. Việc mở rộng dải tần số chế độ làm việc bình thường sẽ làm tăng độ tin cậy cung cấp điện cho lưới điện phân phối.
c) Yêu cầu về hệ thống bảo vệ
Nguồn điện phân tán ngoài những trang bị bảo vệ cho máy phát cần phải trang bị hệ thống bảo vệ tại vị trí đấu nối nhà máy điện vào lưới trung áp nhằm nâng cao độ tin cậy của lưới điện. Tùy theo quy mô công suất, vị trí nhà máy trong hệ thống điện, đặc tính nối đất của lưới điện...hệ thống bảo vệ của máy phát và nhà máy cần có: máy cắt đầu cực máy phát, máy cắt giữa nhà máy và lưới điện, thiết bị tựđộng kiểm tra đồng bộ, thiết bị tựđộng điều chỉnh điện áp, rơ-le điện áp thấp, rơ-le bảo vệ quá áp, rơ-le quá điện áp điểm trung tính, rơ-le tần số thấp, rơ-le tần số cao, rơ-le quá dòng và quá dòng theo thời