PHÂN PH Ố I THÀNH PH Ố HÀ N Ộ I
CH ẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG CỦ A H Ệ TH Ố NG CUNG C ẤP ĐIỆ N
Chất lượng điện năng là một khái niệm quan trọng trong hệ thống điện, liên quan đến việc điện năng được tạo ra từ sự chuyển đổi các dạng năng lượng như thế năng, động năng, nhiệt năng, quang năng và hóa năng qua các nhà máy phát điện Trước khi được truyền đến người tiêu dùng, điện năng phải trải qua một quá trình điều chỉnh các thông số cơ bản như điện áp, dòng điện và tần số để phù hợp với yêu cầu sử dụng.
Sự gia tăng ứng dụng của thiết bị điện tử và máy phát phân phối đã làm gia tăng mối quan tâm về chất lượng điện năng trong những năm gần đây Để đảm bảo chất lượng điện năng, cần duy trì sự ổn định về điện áp và tần số Nếu một trong hai yếu tố này không được đảm bảo, chất lượng điện năng sẽ bị ảnh hưởng.
Hệ thống điện Việt Nam bao gồm các nhà máy điện, lưới điện và hộ tiêu thụ, liên kết chặt chẽ để thực hiện bốn quá trình chính: sản xuất, truyền tải, phân phối và tiêu thụ điện năng Hệ thống này có nhiều cấp điện áp khác nhau như 500kV, 220kV, 110kV, và nhiều cấp khác, với tần số định mức là 50Hz Mặc dù tần số là yếu tố hệ thống, điện áp lại không đồng nhất tại các điểm khác nhau; điện áp ở xa nguồn thường thấp hơn do tổn thất điện áp Các thiết bị điện được thiết kế để hoạt động với tần số và điện áp định mức, thường gần với giá trị của một cấp điện áp phân phối cụ thể.
H ọc viên Phan Đức Hiển Lớp 11BKTĐHTĐ 2 thống điện và với điện áp định mức của thiết bị đó thì chất lượng điện năng sẽ được đảm bảo
Chất lượng điện năng được đảm bảo khi tần số và điện áp nằm trong phạm vi cho phép quanh giá trị định mức Sự dao động này có thể do nhiễu loạn trong quá trình vận hành Phạm vi cho phép được quy định nhằm đảm bảo điều kiện làm việc bình thường cho thiết bị điện và tuân thủ các tiêu chuẩn về độ lệch điện áp và tần số Nếu điện áp và tần số thực tế vượt quá độ lệch cho phép, cần thực hiện các biện pháp điều chỉnh kịp thời Độ lệch điện áp hoặc tần số được định nghĩa là hiệu số giữa giá trị đo được và giá trị quy định.
𝛿𝛿 : Giá trịđiện áp đo được
𝛿𝛿 0 : Giá trịđiện áp định mức
Các chỉ tiêu chất lượng điện năng liên quan chặt chẽ với sự cân bằng công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q trong hệ thống điện
Để tăng cường nguồn công suất phản kháng Q trong hệ thống điện, có thể sử dụng các thiết bị bù hoặc phân bổ lại công suất phản kháng Q, đặc biệt khi xuất hiện hiện tượng thừa cục bộ.
Việc điều chỉnh điện áp trong mạng điện rất phức tạp Mỗi mức cân bằng P và
Trong hệ thống điện, Q xác định giá trị của tần số và điện áp Khi sự cân bằng bị phá vỡ, tần số và điện áp sẽ thay đổi cho đến khi thiết lập được sự cân bằng mới, tương ứng với các giá trị tần số và điện áp mới.
Quá trình biến đổi công suất và các chỉ tiêu chất lượng điện năng trong trường hợp mất cân bằng công suất rất phức tạp do sự tương hỗ giữa chúng Để giải quyết các vấn đề thực tiễn, cần thiết phải đưa ra các điều kiện lý tưởng hóa nhằm đơn giản hóa bài toán Cụ thể, sự thay đổi cân bằng công suất P chủ yếu ảnh hưởng đến tần số, trong khi cân bằng công suất Q ảnh hưởng chủ yếu đến điện áp Để điều chỉnh tần số và điện áp, hệ thống điện cần có đủ công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q để đáp ứng nhu cầu.
Học viên Phan Đức Hiển Lớp 11BKTĐHTĐ 3 nhấn mạnh rằng phụ tải điện luôn biến đổi, do đó cần bù vào tổn thất trong quá trình sản xuất và truyền tải điện năng Điều chỉnh tần số có thể thực hiện tập trung tại bất kỳ nhà máy điện nào, trong khi việc điều chỉnh điện áp yêu cầu thực hiện tại những nơi thiếu công suất phản kháng Q Việc điều chỉnh điện áp không chỉ thay đổi cân bằng công suất tác dụng P mà còn chủ yếu tập trung vào việc thay đổi cân bằng công suất phản kháng Q.
1.2 Các tiêu chuẩn về chất lượng điện năng
Chất lượng tần sốđược đánh giá bằng độ lệch tần số so với tần sốđịnh mức của hệ thống điện Độ lệch tần sốđược tính như sau:
𝑓𝑓đ𝑚𝑚 : Tần sốđịnh mức Độ lệch tần số là một trong những chỉ tiêu quan trọng đánh giá chất lượng điện năng ngày nay.
Tần số là một thông số hệ thống quan trọng, và chất lượng của nó được đánh giá qua độ dao động tần số Độ dao động này được xác định bởi sự chênh lệch giữa giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của tần số, đặc biệt khi tốc độ biến thiên tần số vượt quá 1% mỗi giây.
1.2.2 Chất lượng điện áp Độ lệch điện áp trên cực các thiết bị dùng điện so với điện áp định mức của mạng điện được định nghĩa là:
H ọc viên Phan Đức Hiển Lớp 11BKTĐHTĐ 4
𝛿𝛿đ𝑚𝑚 : Điện áp định mức Độ lệch điện áp được quy định như sau: Đối với động cơ điện ở các xí nghiệp công nghiệp
−5%≤ 𝛿𝛿𝛿𝛿 ≤ +10% Đối với các thiết bị chiếu sáng trong xí nghiệp công nghiệp, trong các công sở và chiếu sáng công cộng
−2,5%≤ 𝛿𝛿𝛿𝛿 ≤ +5% Đối với các thiết bịđiện khác ở thành phố và xí nghiệp
−5% ≤ 𝛿𝛿𝛿𝛿 ≤+5% Đối với các thiết bịđiện đấu vào mạng điện nông nghiệp
Trong trạng thái sự cố, cho phép tăng giới hạn trên thêm 2,5% và giảm giới hạn dưới thêm 5%
−5%−5% =−10%≤ 𝛿𝛿𝛿𝛿𝑡𝑡𝑏𝑏 ≤5% + 2,5% = 7,5% Điều chỉnh điện áp theo độ lệch
Chất lượng điện năng trong hệ thống điện được xác định chủ yếu bởi tần số và điện áp Để duy trì sự ổn định của hệ thống, cần đảm bảo cân bằng giữa công suất phát từ các nguồn điện và nhu cầu phụ tải Sự ổn định này được thể hiện qua các giá trị tần số và điện áp duy trì tại các nút chính trong mạng điện cao áp, đây cũng là hai thông số quan trọng trong tập trạng thái của hệ thống điện.
Tần số là thông số hệ thống quan trọng, trong khi quản lý chất lượng điện áp cần được thực hiện phân tán và đa cấp trong mạng điện Điều này nhằm đảm bảo các tiêu chí về độ lệch điện áp, thời gian xảy ra độ lệch và hậu quả kinh tế của nó Đánh giá chất lượng điện áp cần xem xét ba chiều: cường độ, thời gian (đánh giá tích phân) và hiệu quả kinh tế Tuy nhiên, các tiêu chí này phải tuân theo các ràng buộc cụ thể về cấu trúc hệ thống, khả năng thiết bị và vốn đầu tư.
Việc điều chỉnh điện áp theo độ lệch là rất quan trọng để đảm bảo rằng độ lệch điện áp so với điện áp định mức của tất cả các thiết bị điện được duy trì trong phạm vi cho phép.
Chất lượng điện áp trong mạng điện hạ áp phía sau TPP cần được đảm bảo, đặc biệt là tại các thiết bị sử dụng điện áp cao hơn Để điều chỉnh điện áp, có thể áp dụng một số phương pháp hiệu quả.
1 Điều chỉnh điện áp máy phát điện bằng cách điều chỉnh dòng điện kích thích
2 Điều chỉnh điện áp ra của máy biến áp tăng áp và hạ áp bằng các đầu phân áp
3 Điều chỉnh điện áp trên đường dây tải điện bằng máy biến áp điều chỉnh hoặc biến áp bổ trợ
4 Đặt các thiết bị bù ngang có điều chỉnh để thay đổi tổn thất điện áp trên đường dây có thể dùng bộ tụđiện, máy bù đồng bộ hoặc động cơ điện đồng bộcó điều chỉnh kích từ
5 Đặt thiết bị bù dọc trên đường dây đểthay đổi điện kháng đường dây nhằm thay đổi tổn thất điện áp
6 Thay đổi cấu trúc lưới và phương thức vận hành…
Vềđịa điểm thực hiện điều chỉnh điện áp có thểở nhà máy điện, trên mạng điện khu vực và ở mạng điện địa phương hoặc đặt tại thiết bịdùng điện
Theo bản chất vật lý, điều chỉnh điện áp có hai phương pháp chính: tăng thêm nguồn công suất phản kháng hoặc phân bổ lại công suất phản kháng trong mạch điện Các phương pháp này chỉ hiệu quả khi hệ thống điện đủ công suất phản kháng Nếu hệ thống thiếu công suất phản kháng, phương pháp duy nhất để điều chỉnh điện áp là tăng thêm nguồn công suất phản kháng.
CÁC BIỆ N PHÁP NÂNG CAO CH ẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG TRONG
CH ẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG TRONG H Ệ TH Ố NG CUNG C ẤP ĐIỆ N 2.1 Nâng cao hệ số công suất 𝒄𝒄𝒄𝒄𝒄𝒄𝒄𝒄
Nâng cao hệ số công suất là một trong những biện pháp thiết yếu để tiết kiệm điện năng Khi hệ số công suất được cải thiện, sẽ mang lại nhiều lợi ích đáng kể, bao gồm giảm chi phí điện, tăng hiệu suất hoạt động của thiết bị và góp phần bảo vệ môi trường.
- Giảm được tổn thất công suất trên mạng điện
- Giảm được tổn thất điện áp trong mạng điện
- Tăng khảnăng truyền tải của đường dây và máy biến áp
Việc nâng cao hệ số công suất không chỉ giúp giảm chi phí kim loại màu mà còn góp phần ổn định điện áp và tăng khả năng phát điện của máy phát điện.
Việc nâng cao hệ số công suất là vấn đề quan trọng cần được chú ý trong thiết kế và vận hành hệ thống cung cấp điện, nhằm tối ưu hóa hiệu quả sử dụng năng lượng và giảm thiểu tổn thất điện năng.
2.2 Chếđộ vận hành kinh tế của các máy biến áp giảm tổn thất điện năng Để giảm tổn thất công suất và điện năng trong hệ thống điện thì giải pháp hiệu quả là các máy biến áp trong các trạm cần có chếđộ làm việc hợp lý về kinh tế Trong các trạm biến áp cung cấp cho các hộ tiêu thụ loại I và II, cũng như trong các trạm khu vực thường có nhiều máy biến áp, các máy biến áp này có thể làm việc song song và độc lập Khi làm việc độc lập mỗi máy biến áp được nối vào một phân đoạn thanh góp riêng biệt vì vậy giảm được dòng ngắn mạch sau các máy biến áp, do đó giảm nhẹ sự làm việc của thiết bị và các dụng cụđóng cắt Nhưng chế độ làm việc độc lập của các máy biến áp không kinh tế so với chếđộ làm việc song song của chúng
Chế độ vận hành kinh tế nhất của máy biến áp phụ thuộc vào phụ tải và công suất danh định Để phân phối phụ tải một cách hiệu quả, các máy biến áp cần có thông số giống nhau, nhưng điều này thường không thực hiện được trong thực tế Các máy biến áp khác nhau có thể hoạt động song song nếu tỷ số công suất không vượt quá 1:3 và điện áp ngắn mạch chênh lệch không quá 10%.
Học viên Phan Đức Hiển lớp 11BKTĐHTĐ 8 đã nghiên cứu về sự điều chỉnh không lớn hơn 0,5% giữa các cuộn dây giống nhau trong máy biến áp Khi có sự xuất hiện của các dòng điện cân bằng, phụ tải của máy biến áp sẽ khác một chút so với phụ tải kinh tế Tổn thất công suất tác dụng trong máy biến áp bao gồm tổn thất trong lõi thép và cuộn dây, trong đó tổn thất trong lõi thép không phụ thuộc vào phụ tải, trong khi tổn thất trong cuộn dây lại phụ thuộc vào phụ tải Ở chế độ phụ tải lớn, tổn thất trong cuộn dây thường lớn hơn so với tổn thất trong lõi thép, ngược lại, ở chế độ phụ tải nhỏ, tổn thất trong lõi thép lại chiếm ưu thế Do đó, khi phụ tải nhỏ, việc cắt giảm một phần máy biến áp làm việc song song là cần thiết để giảm tổn thất công suất và tiết kiệm điện năng.
Chúng ta xét phương pháp xác định hợp lý về kinh tế của các máy biến áp làm việc trong các trạm
Giả sử trong trạm có 2 máy biến áp giống nhau, mỗi máy có công suất danh định Sdđ Khi hai máy biến áp hoạt động song song, tổn thất công suất tác dụng trong trạm sẽ được xác định theo công thức cụ thể.
∆𝑃𝑃0 : Tổn thất công suất trong lõi máy biến áp
∆𝑃𝑃 𝑛𝑛 : Tổn thất công suất ngắn mạch
Khi cắt một máy biến áp, tổn thất công suất tác dụng trong trạm có giá trị như sau:
Cắt một máy biếp áp sẽ hợp lý về kinh tế khi tổn thất công suất ∆𝑃𝑃1 nhỏ hơn ∆𝑃𝑃2.
H ọc viên Phan Đức Hiển Lớp 11BKTĐHTĐ 9
Bất đẳng thức trên chính là điều kiện để cắt hợp lý một máy biến áp trong trạm có hai máy biến áp
Khi một trạm có m máy biến áp hoạt động song song, việc cắt một trong các máy biến áp sẽ hợp lý về mặt kinh tế nếu đáp ứng các điều kiện nhất định.
Bằng cách xây dựng các đường cong tổn thất công suất trong trạm có nhiều máy biến áp, chúng ta có thể xác định chế độ làm việc kinh tế của các máy biến áp Trong trạm có m máy biến áp cùng công suất 𝑆𝑆𝑑𝑑đ, tổn thất công suất trong lõi thép của mỗi máy biến áp là ∆𝑃𝑃0, và tổn thất trong cuộn dây ở chế độ tải danh định là ∆𝑃𝑃 𝑛𝑛 Khi thay đổi phụ tải S, các đường cong tổn thất ∆𝑃𝑃 𝑡𝑡 =𝑓𝑓(𝑆𝑆) sẽ cho phép chúng ta xác định các phương án vận hành kinh tế cho các máy biến áp, với các giá trị S1 và S2 là các phụ tải giới hạn, từ đó xác định chế độ làm việc kinh tế trong trạm.
2.3 Khái niệm về bù công suất phản kháng
Nhiệm vụ chủ yếu của mạng điện là cung cấp điện năng cho các hộ tiêu thụ, thể hiện qua hai chỉtiêu cơ bản sau:
- Đảm bảo cấp điện liên tục, thỏa mãn nhu cầu điện năng.
- Đảm bảo chất lượng điện năng.
Khi truyền năng lượng qua đường dây, các tổn thất công suất, điện năng và điện áp xảy ra trên các phần tử của mạng điện, dẫn đến giảm chất lượng điện năng và điện áp Để cải thiện độ tin cậy và khả năng hoạt động của mạng điện, cần thiết phải giảm thiểu sự truyền công suất phản kháng.
Học viên Phan Đức Hiển, lớp 11BKTĐHTĐ, đã nghiên cứu về 10 phần tử có dòng điện chạy qua Việc truyền công suất phản kháng gây ra những hiện tượng không mong muốn, ảnh hưởng tiêu cực đến các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của mạng điện.
Việc truyền tải công suất phản kháng trên đường dây và máy biến áp làm giảm khả năng tải, dẫn đến việc cần tăng tiết diện dây dẫn, công suất đặt hoặc số lượng máy biến áp trong trạm Do đó, giảm sự truyền công suất phản kháng trên đường dây và các phần tử có dòng điện là một vấn đề thiết thực cả về kinh tế và kỹ thuật Bù công suất phản kháng trở thành yêu cầu cần thiết, đặc biệt khi các biện pháp nâng cao hệ số công suất chưa đáp ứng được nhu cầu.
2.3.1 Bù tự nhiên công suất phản kháng
Có những phương pháp nâng cao hệ số công suất mà không cần thiết bị chuyên dụng, đó là các biện pháp bù tự nhiên cho công suất phản kháng.
- Điều chỉnh quá trình công nghệ cho việc nâng cao hệ số𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐
- Sử dụng những động cơ đồng bộ trong những trường hợp có thể
- Sử dụng các thiết bị có hiệu suất cao
- Nghiên cứu các phương thức vận hành tối ưu.
- Nghiên cứu và thực hiện các biện pháp điều hòa phụ tải, nâng cao hệ số cao thấp điểm, hệ sốđiền kín phụ tải
Nghiên cứu và điều chỉnh quy trình sản xuất trong xí nghiệp là rất quan trọng để đảm bảo các thiết bị tiêu thụ điện như động cơ, máy biến áp và máy hàn hoạt động hiệu quả, tránh tình trạng không tải hoặc non tải thường xuyên Việc này không chỉ giúp nâng cao hiệu suất sản xuất mà còn tiết kiệm năng lượng và giảm chi phí vận hành.
TÁI CẤU TRÚC LƯỚI ĐIỆ N VÀ BÀI TOÁN GI Ả M T Ổ N TH Ấ T ĐIỆN NĂNG
VÀ BÀI TOÁN GI Ả M T Ổ N TH ẤT ĐIỆN NĂNG
3.1 Lưới điện phân phối trung thế
3.1.1 Giới thiệu chung vềlưới điện phân phối trung thế
Lưới điện phân phối trung thế bao gồm các đường dây có điện áp: 6, 10, 15, 22,
Điện áp 35 kV được sử dụng để phân phối và cung cấp điện năng từ các trạm biến áp giảm áp trung gian hoặc từ thanh cái điện áp thấp của các trạm biến áp khu vực Điều này áp dụng khi trạm sử dụng máy biến áp có ba cuộn dây hoặc từ thanh cái điện áp máy phát tại các nhà máy điện, nhằm đáp ứng nhu cầu của các phụ tải.
Lưới phân phối điện hiện nay có cấu trúc đa dạng như hình tia không phân đoạn, hình tia phân đoạn và mạch vòng kín vận hành hở Tại các thành phố lớn, khu công nghiệp và khu dân cư đông đúc, các đường dây trung thế thường được cấp điện từ hai hoặc nhiều nguồn khác nhau để đảm bảo cung cấp điện cho các phụ tải quan trọng.
3.1.2 Các phần tửphân đoạn trong lưới điện phân phối
Để nâng cao độ tin cậy và giảm thời gian gián đoạn cung cấp điện cho khách hàng trên các đường dây trung thế, hiện nay người ta thường sử dụng các thiết bị phân đoạn như dao cách ly, cầu dao phụ tải, máy cắt, cùng với các thiết bị tự động như cầu dao có điều khiển, máy cắt tự đóng lại và hệ thống tự động phân phối.
Dao cách ly (DCL) là thiết bị tạo khoảng hở nhìn thấy, có chức năng đóng cắt lưới không điện và chỉ thực hiện được với dòng không tải nhỏ DCL thường được vận hành bằng tay thông qua cơ cấu truyền động gắn trên cột hoặc tường (đối với loại trong nhà) Thiết bị này có nhiều chủng loại và kiểu dáng khác nhau, bao gồm loại ngoài trời, trong nhà, một, hai, ba trụ sứ, cùng với các kiểu lưỡi cắt như thẳng hoặc quay ngang, và có thể là một cực hoặc ba cực.
H ọc viên Phan Đức Hiển Lớp 11BKTĐHTĐ 23
DCL là thiết bị phân đoạn kinh tế, lý tưởng cho lưới điện trung thế, đặc biệt tại khu vực nông thôn, nơi cung cấp điện cho các phụ tải không quá quan trọng Thiết bị này thường được lắp đặt cho các đường dây trên không.
DCL có nhược điểm là không thể cắt điện khi có dòng tải và không được điều khiển, dẫn đến việc phải cắt điện đầu nguồn khi thao tác, làm tăng thời gian và số lần mất điện cho phụ tải, giảm độ ổn định cung cấp điện Tuy nhiên, vì lý do kinh tế, DCL vẫn được sử dụng làm thiết bị phân đoạn trong lưới điện ngoại thành và nông thôn.
3.1.2.2 Dao cách ly có điều khiển
Dao cách ly có điều khiển khác với dao cách ly thông thường ở khả năng điều khiển từ xa, cho phép thực hiện thao tác đóng cắt khi xảy ra sự cố Tính năng này giúp xác định và cách ly nhanh chóng phân đoạn gặp sự cố, từ đó giảm thiểu thời gian tìm kiếm và thời gian gián đoạn cung cấp điện.
Việc không có dao cắt tải khiến quá trình chuyển tải điện phải cắt máy từ nguồn cấp, dẫn đến tình trạng mất điện không cần thiết và giảm độ tin cậy cũng như ổn định của hệ thống điện Do đó, dao cách ly có điều khiển chưa được áp dụng phổ biến trong lưới điện phân phối trung thế tại Việt Nam.
Cầu dao phụ tải là thiết bị quan trọng trong lưới điện trung áp, được sử dụng để đóng cắt có tải và cách ly các thiết bị điện cần sửa chữa khỏi phần còn lại của lưới điện Với các đầu tiếp xúc có buồng dập hồ quang, cầu dao phụ tải cho phép thao tác an toàn trên mạch điện mang tải đến dòng định mức của nó.
Cầu dao phụ tải được chia thành hai loại chính: cầu dao phụ tải kín, thường được sử dụng trong các tủ Ring Main Unit (RMU), và cầu dao phụ tải hở, thường dùng để phân đoạn đường dây ngoài trời.
Cầu dao phụ tải đang ngày càng trở nên phổ biến tại các khu vực đô thị có mật độ tiêu thụ điện cao và trong các khu công nghiệp sử dụng lưới điện phân phối trung thế ngầm.
Cầu dao phụ tải không thể kết hợp với các thiết bị điều khiển và bảo vệ, do đó yêu cầu thao tác tại chỗ, điều này dẫn đến việc xác định và cô lập sự cố bị hạn chế về mặt thời gian.
H ọc viên Phan Đức Hiển Lớp 11BKTĐHTĐ 24
Việc chuyển đổi phương thức hoặc tách thiết bị để sửa chữa mà không cần cắt máy cắt đầu nguồn vẫn rất hiệu quả.
Máy cắt là thiết bị quan trọng trong hệ thống điện, có chức năng đóng và cắt mạch khi có dòng phụ tải hoặc dòng sự cố Trong lưới điện phân phối trung thế, máy cắt thường được lắp đặt tại đầu nguồn, và trong một số cấu trúc lưới, chúng còn được lắp đặt trên đường dây tại các trạm biến áp, bao gồm trạm cắt và trạm phân phối.
Khi xảy ra sự cố trên lưới điện, máy cắt bảo vệ tự động cắt và phân đoạn để cô lập phần tử gặp sự cố, giúp duy trì cấp điện cho các phụ tải phía trước Việc sử dụng máy cắt điều khiển từ xa cho phép điều độ viên nhanh chóng thực hiện thao tác đóng cắt, giảm thời gian so với thao tác tại chỗ Máy cắt có khả năng đóng cắt có tải, giúp dễ dàng chuyển tải giữa các đường dây trong thời điểm phụ tải đỉnh, tránh quá tải và giảm tổn thất điện áp cũng như công suất mà không cần ngừng cấp điện Điều này nâng cao độ tin cậy và ổn định của hệ thống cung cấp điện.
Ứ NG D Ụ NG TÁI C ẤU TRÚC LƯỚI ĐIỆ N PHÂN PH Ố I THÀNH PH Ố HÀ N ỘI ĐỂ NÂNG CAO CH ẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG
4.1 Giới thiệu chung vềlưới điện phân phối thành phố Hà Nội
Lưới điện Hà Nội chủ yếu được cung cấp từ các nhà máy thủy điện Hòa Bình, nhiệt điện Phả Lại 1, 2, thủy điện Tuyên Quang và hệ thống điện 500kV Bắc Nam qua trạm 500kV Thường Tín Hệ thống lưới điện 220kV của thành phố được cấp điện từ 5 trạm 220kV với tổng công suất 2.375MVA, đồng thời được hỗ trợ từ các trạm 220kV Phố Nối (375MVA), Vĩnh Phúc (125MVA) và Phủ Lý (125MVA).
Hệ thống lưới điện phân phối của Thành phố Hà Nội bao gồm 54 trạm biến áp trung gian với tổng dung lượng 377,83MVA và 10.387 trạm biến áp phân phối đạt tổng dung lượng 5.166MVA Thời gian qua, quá trình hiện đại hóa lưới điện trung áp đã diễn ra tích cực, với tiến độ đầu tư cải tạo nâng cấp lưới lên 22kV Tỉ lệ hạ ngầm lưới điện trung áp cũng ngày càng tăng, đặc biệt ở khu vực trung tâm.
Hệ thống điện đóng góp 98% vào việc cải thiện mỹ quan đô thị, đặc biệt tại khu vực nội thành và các khu đô thị mới Tuy nhiên, sự hiện diện của nhiều cấp điện áp 6, 10, 22, 35kV, đặc biệt là ở khu vực Hà Tây cũ, gây khó khăn trong quản lý vận hành và hạn chế khả năng linh hoạt trong việc cung cấp điện khi có sự cố xảy ra.
Tổng Công ty Điện lực Thành phố Hà Nội đã hoàn thiện lưới điện trung thế với tiêu chuẩn cấp điện áp 22kV cho các Quận nội thành, giúp nâng cao mỹ quan đô thị và giảm tổn thất điện năng Lưới điện trung áp được xây dựng theo cấu trúc mạch vòng liên thông, mang lại tính linh hoạt trong vận hành Việc áp dụng các thiết bị hiện đại như Recloser, Recloser điều khiển bằng sóng radio, cầu dao phụ tải, và tủ RMU tại các trạm biến áp đã tăng cường tính hiện đại và khả năng ứng dụng công nghệ tự động trong quản lý lưới điện trung áp của thành phố.
Thủ đô Hà Nội, với vai trò là một trong những trung tâm phụ tải lớn, có lượng điện năng truyền tải qua hệ thống phân phối rất cao Tuy nhiên, do đặc thù về phương thức vận hành, việc quản lý và phân phối điện năng gặp nhiều thách thức.
Học viên Phan Đức Hiển Lớp 11BKTĐHTĐ 34 nhận thấy rằng việc tái cấu trúc lưới điện trung áp tại Thành phố Hà Nội là khả thi và cần thiết Thực trạng hiện tại gây ra tổn thất không đáng có trên đường dây, dẫn đến quá tải cục bộ và giảm tuổi thọ thiết bị Việc áp dụng giải pháp này không chỉ giúp giảm tổn thất điện năng kỹ thuật mà còn tăng doanh thu cho Công ty, đồng thời góp phần giảm phụ tải đỉnh trên biểu đồ phụ tải điện Quốc Gia.
4.2 PSS/ADEPT và khảnăng ứng dụng tái cấu trúc lưới điện phân phối
4.2.1 Giới thiệu chương trình PSS/ADEPT
Hiện nay, trên thị trường có nhiều phần mềm tính toán và phân tích lưới điện, bao gồm các ứng dụng như phân bố công suất, phân tích ngắn mạch, tối ưu hóa đặt tụ bù và phối hợp bảo vệ hệ thống điện.
Phần mềm PSS/ADEPT (Power System Simulator/Advanced Distribution Engineering Productivity Tool) của Shaw Power Technologics, Inc là một công cụ phổ biến trong ngành điện lực, với thuật toán phức tạp yêu cầu người dùng phải qua tập huấn Hiện nay, nhiều công ty Điện lực đã áp dụng phần mềm này để tính toán và quản lý lưới điện, giúp nâng cao hiệu quả trong việc khai thác và quản lý hệ thống lưới điện phân phối.
Phần mềm PSS/ADEPT được phát triển dành cho kỹ sư và nhân viên kỹ thuật trong ngành điện, giúp thiết kế và phân tích lưới điện phân phối Với khả năng thiết kế, chỉnh sửa và phân tích sơ đồ lưới, PSS/ADEPT là một công cụ mạnh mẽ cho việc phân tích và tính toán lưới điện Phần mềm này có ứng dụng rộng rãi từ lưới điện cao thế đến hạ thế, hỗ trợ số lượng nút không giới hạn và hoàn toàn phù hợp với nhu cầu của các công ty Điện lực.
PSS/ADEPT gồm có các chức năng sau:
- Tính toán ngắn mạch tại 1 hay nhiều điểm
- Phân tích khởi động động cơ.
- Tính toán xác định vị trí bù tối ưu.
- Tính toán phân tích sóng hài
H ọc viên Phan Đức Hiển Lớp 11BKTĐHTĐ 35
- Phối hợp các thiết bị bảo vệ
- Tính toán xác định điểm dừng tối ưu.
- Phân tích đánh giá độ tin cậy
Bằng phần mềm PSS/ADEPT chúng ta có thể tiến hành:
- Vẽsơ đồ và cập nhật lưới điện trong giao diện đồ họa
- Phân tích mạch điện sử dụng nhiều loại nguồn và không hạn chế số nút
- Hiển thị kết quảtính toán ngay trên sơ đồlưới điện
- Xuất kết quảdưới dạng report sau khi phân tích và tính toán
- Nhập thông số và cập nhật dễ dàng thông qua data sheet của mỗi thiết bị trên lưới
PSS/ADEPT giúp tính toán và phân tích lưới điện:
Phân tích dòng chảy tải là chức năng quan trọng trong việc đánh giá tình trạng mang tải của các tuyến đường dây Quá trình này tính toán và hiển thị các thông số như dòng điện (I), điện áp (U), và trào lưu công suất (P, Q) cho từng tuyến đường dây, giúp xác định hiệu quả hoạt động của hệ thống điện.
- CAPO – Optimal Capacitor Placement: tìm những điểm tối ưu để đặt tụ bù sao cho tổn thất công suất trên lưới là nhỏ nhất
- TOPO – Tie Open Point Optimization: phân tích điểm dừng tối ưu, tìm ra những điểm có tổn hao công suất nhỏ nhất trên lưới mạch vòng
- All Fault – module có sẵn: tính toán ngắn mạch tại tất cả các nút trên lưới, bao gồm các loại ngắn mạch như ngắn mạch 1 pha, 2 pha và 3 pha
- Hamornics: bài toán phân tích sóng hài, phân tích các thông số và ảnh hưởng của các thành phần sóng hài trên lưới
- DRA – Distribution Reliability Analysis: tính toán các thông số tin cậy trên lưới điện như:
+ SAIFI (System Average Interruption Frequency Index): Chỉ tiêu tần suất mất điện trung bình của hệ thống
+ SAIDI (System Average Interruption Duration Index): Chỉ tiêu thời gian mất điện trung bình của hệ thống
H ọc viên Phan Đức Hiển Lớp 11BKTĐHTĐ 36
+ CAIFI (Customer Average Interruption Frequency Index): Chỉ tiêu tần suất mất điện trung bình khách hàng
+ CAIDI (Customer Average Interruption Duration Index): Chỉ tiêu thời gian mất điện trung bình khách hàng
+ ASAI (Average Service Availability Index): Chỉ tiêu khảnăng sẵn sàng cung cấp
+ ASUI (Average Service Unavailability Index): Chỉ tiêu khả năng không sẵn sàng cung cấp
+ ENS : Chỉ tiêu thiếu hụt điện năng.
+ AENS: Chỉ tiêu thiếu hụt điện năng trung bình.
Cửa sổứng dụng của PSS/ADEPT bao gồm các thành phần chính sau:
Cửa sổ View cung cấp thông tin cần thiết cho các ứng dụng và đồ họa, bao gồm ba cửa sổ chính phục vụ cho việc thiết kế và phân tích sơ đồ mạch điện Trong đó, cửa sổ ứng dụng View được chia thành bốn cửa sổ chính.
Hình 4.1 Giao diện chính của chương trình PSS/ADEPT
H ọc viên Phan Đức Hiển Lớp 11BKTĐHTĐ 37
Diagram View là cửa sổ chính trong ứng dụng PSS/ADEPT, xuất hiện ngay khi khởi động Cửa sổ này hiển thị trực quan các thiết bị trong sơ đồ lưới điện, cho phép người dùng dễ dàng tạo sơ đồ bằng cách nhấp vào các biểu tượng trên thanh công cụ và đặt chúng vào cửa sổ Kết quả tính toán và phân tích cũng có thể được hiển thị trên giao diện này.
The Equipment List View window includes essential functions such as Branches, which encompass lines, cables, switches, transformers, and series capacitors; Shunt devices, featuring capacitors, machines, static loads, and MWH loads; and Defaults, which provide default parameters for various objects like nodes, branches, and parallel-connected devices Additionally, it offers a Results display function and a DRA feature for analyzing the reliability of the distribution network.
Hình 4.2 Cửa sổ Equipment List View của chương trình PSS/ADEPT
H ọc viên Phan Đức Hiển Lớp 11BKTĐHTĐ 38
Cửa sổ Progress View là nơi hiển thị các thông điệp trong quá trình thực hiện chương trình Những thông điệp này có thể bao gồm kết quả từ các chức năng tính toán cụ thể, thông báo lỗi, hoặc cảnh báo liên quan đến các hoạt động của chương trình.
Hình 4.3 Cửa sổ Progress View của chương trình PSS/ADEPT
Cửa sổ Report Preview hiển thị kết quả báo cáo sau khi phân tích và tính toán chi tiết Từ đây, người dùng có thể dễ dàng in ấn các kết quả thông qua biểu tượng Print hoặc xuất dữ liệu sang các định dạng khác nhau bằng biểu tượng Export.
Hình 4.4 Cửa sổ Report Preview của chương trình PSS/ADEPT
H ọc viên Phan Đức Hiển Lớp 11BKTĐHTĐ 39
Ngoài các cửa sổứng dụng của PSS/ADEPT thành phần chính như sau:
- Status Bar – Thanh trạng thái: để hiển thị thông tin trạng thái của chương trình khi PSS/ADEPT đang tính toán.
- Main Menu – Thanh menu chính: gồm các hàm chức năng trong PSS/ADEPT
- Tool Bar – Thanh công cụ: cung cấp các công cụ giúp cho việc vẽ sơ đồ mạch điện thực hiện nhanh chóng và dễ dàng
Hình 4.5 Thanh trạng thái, thanh menu chính và thanh công cụ của chương trình PSS/ADEPT
Chức năng tính toán điểm dừng tối ưu TOPO - Tie Open Point Optimization
