Luận văn thạc sĩ về độ tin cậy hệ thống bảo vệ rơle và ngăn ngừa mất điện trên lưới điện TP.HCM

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật phân tích kỹ thuật điện phân tích đánh giá độ tin cậy hệ thống bảo vệ rơle và ngăn ngừa mất điện diện rộng, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất

• Tác giả: Đinh Đình Huy
• Người hướng dẫn: PGS. TS Võ Ngọc Điều
• Trường học: Đại học Bách Khoa - ĐHQG - HCM
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
• Đề tài: Đánh Giá Độ Tin Cậy Hệ Thống Bảo Vệ Rơ-Le Và Ngăn Ngừa Mất Điện Diện Rộng Trên Lưới Điện TP. HCM
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng quan về độ tin cậy hệ thống bảo vệ rơ le tại TP

Hệ thống bảo vệ rơ-le đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo độ tin cậy của lưới điện tại TP.HCM. Đánh giá độ tin cậy của hệ thống này không chỉ giúp ngăn ngừa mất điện mà còn nâng cao hiệu suất hoạt động của lưới điện. Việc phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến độ tin cậy sẽ cung cấp cái nhìn sâu sắc về cách thức hoạt động của hệ thống bảo vệ.

1.1. Đặc điểm của hệ thống bảo vệ rơ le tại TP.HCM

Hệ thống bảo vệ rơ-le tại TP.HCM được thiết kế để đáp ứng nhu cầu cung cấp điện ngày càng cao. Các rơ-le bảo vệ này có khả năng phát hiện và xử lý sự cố nhanh chóng, từ đó giảm thiểu thời gian mất điện cho người tiêu dùng.

1.2. Vai trò của độ tin cậy trong hệ thống điện

Độ tin cậy của hệ thống điện ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng cung cấp điện. Một hệ thống bảo vệ rơ-le đáng tin cậy sẽ giúp giảm thiểu sự cố và đảm bảo cung cấp điện liên tục cho người dân và doanh nghiệp.

II. Thách thức trong việc ngăn ngừa mất điện diện rộng tại TP

Mất điện diện rộng là một trong những thách thức lớn nhất mà hệ thống điện TP.HCM phải đối mặt. Các sự cố có thể xảy ra do nhiều nguyên nhân khác nhau, từ lỗi thiết bị đến thiên tai. Việc phân tích các nguyên nhân này là cần thiết để tìm ra giải pháp hiệu quả.

2.1. Nguyên nhân chính gây mất điện diện rộng

Các nguyên nhân chính gây mất điện diện rộng bao gồm sự cố thiết bị, lỗi trong hệ thống bảo vệ rơ-le và các yếu tố môi trường như bão lũ. Việc nhận diện và phân tích các nguyên nhân này sẽ giúp cải thiện độ tin cậy của hệ thống.

2.2. Tác động của mất điện đến kinh tế và xã hội

Mất điện không chỉ ảnh hưởng đến sinh hoạt hàng ngày của người dân mà còn tác động tiêu cực đến hoạt động sản xuất kinh doanh. Điều này đòi hỏi các giải pháp ngăn ngừa hiệu quả để bảo vệ hệ thống điện.

III. Phương pháp đánh giá độ tin cậy hệ thống bảo vệ rơ le

Đánh giá độ tin cậy của hệ thống bảo vệ rơ-le có thể thực hiện thông qua nhiều phương pháp khác nhau. Phân tích cây sự cố (Fault Tree Analysis) là một trong những phương pháp hiệu quả nhất, giúp xác định các yếu tố ảnh hưởng đến độ tin cậy.

3.1. Phân tích cây sự cố FTA

Phân tích cây sự cố giúp xác định các nguyên nhân gốc rễ dẫn đến sự cố trong hệ thống bảo vệ. Phương pháp này cho phép đánh giá các yếu tố rủi ro và đề xuất các biện pháp khắc phục.

3.2. Mô hình Markov trong đánh giá độ tin cậy

Mô hình Markov là một công cụ mạnh mẽ trong việc phân tích độ tin cậy của hệ thống điện. Phương pháp này giúp mô phỏng các trạng thái hoạt động của hệ thống và xác định xác suất xảy ra sự cố.

IV. Giải pháp nâng cao độ tin cậy hệ thống bảo vệ rơ le

Để nâng cao độ tin cậy của hệ thống bảo vệ rơ-le, cần thực hiện một loạt các giải pháp từ cải tiến công nghệ đến nâng cao năng lực quản lý. Các giải pháp này sẽ giúp ngăn ngừa sự cố và giảm thiểu mất điện diện rộng.

4.1. Cải tiến công nghệ bảo vệ rơ le

Cải tiến công nghệ bảo vệ rơ-le sẽ giúp nâng cao khả năng phát hiện và xử lý sự cố. Việc áp dụng các công nghệ mới như rơ-le số sẽ mang lại hiệu quả cao hơn trong việc bảo vệ hệ thống.

4.2. Đào tạo và nâng cao năng lực nhân viên

Đào tạo nhân viên về quy trình vận hành và bảo trì hệ thống bảo vệ rơ-le là rất quan trọng. Nâng cao năng lực của đội ngũ kỹ thuật sẽ giúp giảm thiểu sai sót trong quá trình vận hành.

V. Ứng dụng thực tiễn và kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu về độ tin cậy của hệ thống bảo vệ rơ-le sẽ được áp dụng vào thực tiễn tại TP.HCM. Những ứng dụng này không chỉ giúp nâng cao độ tin cậy mà còn giảm thiểu sự cố mất điện diện rộng.

5.1. Kết quả từ phân tích cây sự cố

Phân tích cây sự cố đã chỉ ra các điểm yếu trong hệ thống bảo vệ rơ-le. Những thông tin này sẽ được sử dụng để cải thiện thiết kế và vận hành hệ thống.

5.2. Ứng dụng công nghệ mới trong bảo vệ rơ le

Việc áp dụng công nghệ mới trong hệ thống bảo vệ rơ-le đã cho thấy hiệu quả rõ rệt trong việc giảm thiểu sự cố và nâng cao độ tin cậy của lưới điện.

VI. Kết luận và hướng phát triển tương lai

Nghiên cứu về độ tin cậy của hệ thống bảo vệ rơ-le và ngăn ngừa mất điện diện rộng tại TP.HCM đã chỉ ra nhiều vấn đề cần giải quyết. Hướng phát triển trong tương lai sẽ tập trung vào việc cải tiến công nghệ và nâng cao năng lực quản lý.

6.1. Tóm tắt kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu đã cung cấp cái nhìn sâu sắc về độ tin cậy của hệ thống bảo vệ rơ-le. Những thông tin này sẽ là cơ sở cho các giải pháp cải tiến trong tương lai.

6.2. Định hướng phát triển hệ thống điện tại TP.HCM

Định hướng phát triển hệ thống điện tại TP.HCM sẽ tập trung vào việc nâng cao độ tin cậy và giảm thiểu sự cố. Các giải pháp công nghệ và quản lý sẽ được áp dụng để đạt được mục tiêu này.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Giới thiệu chung Chương 2: Tồng quan các vấn đề liên quan Chương 3: Đánh giá tình hình sự cố giai đoạn 2014 – 2015 và hiện trạng hệ thống bảo vệ rơ-le Chương 4: Đánh giá độ tin cậy lưới điện áp dụng trên lưới điện TP.HCM Chương 5: Đề xuất các giải pháp ngăn ngừa mất điện diện rộng do lỗi hệ thống bảo vệ rơ-le Chương 6: Kết luận và hướng phát triển của đề tài Tài liệu tham khảo Phụ lục 7 CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN 2. LƯỚI ĐIỆN KHU VỰC TP. Cấu trúc lưới điện Hình 2.1: Khối lượng quản lý của TCT Điện lực Tp. Nguồn điện Nguồn điện cấp cho khu vực Tp.

HCM chủ yếu nhận điện từ cụm các nhà máy thủy/nhiệt điện Phú Mỹ (3.900MW), Cà Mau (1.900MW), Nhơn Trạch (1.200MW), Trị An (400MW) … và nhận điện từ phía Bắc qua 02 mạch đường dây 500kV Bắc – Nam. Lưới điện truyền tải Lưới điện truyền tải cấp điện cho khu vực TP. HCM bao gồm các trạm biến áp và đường dây ở cấp điện áp 500kV, 220kV và 110kV: a. Lưới điện 500kV: - Đường dây 500kV: 8 Các đường dây 500kV bao gồm 02 mạch đường dây 500kV Phú Mỹ - Nhà Bè và 02 mạch đường dây 500kV Pleiku - Đắk Nông - Phú Lâm, Pleiku - Mỹ Phước - Cầu Bông.

- Trạm 500kV: Các trạm 500kV cấp điện chính cho khu vực TP. HCM bao gồm trạm Phú Lâm 1.800MVA; Nhà Bè 1.200MVA; Cầu Bông 1800MVA và Tân Định 1.500MVA, có tổng công suất lắp đặt là 6. Lưới điện 220kV: Nguồn 220kV khu vực TP. HCM nhận điện từ 04 trạm 500/220kV Phú Lâm, Nhà Bè, Tân Định, Cầu Bông và trực tiếp từ các nhà máy điện Phú Mỹ và Nhơn Trạch qua các đường dây 220kV, điển hình như Phú Mỹ - Cát Lái, Nhơn Trạch – Cát Lái, Phú Mỹ - Long Thành – Long Bình.

- Đường dây 220kV: Các đường dây 220kV có tổng chiều dài 100km, tổng công suất truyền tải ước khoảng 12.100MVA, đáp ứng đủ và có dự phòng cao cho phụ tải khu vực TP. - Trạm 220kV: Các trạm 220kV bao gồm: 04 trạm 220/110kV nối cấp từ trạm 500kV Phú Lâm, Nhà Bè, Tân Định, Cầu Bông và 05 trạm 220/110kV do Công ty truyền tải điện 4 quản lý (Bình Chánh, Hóc Môn, Tao Đàn, Cát lái, Thủ Đức); 05 trạm 220/110kV do EVNHCMC quản lý (Củ Chi 2, Hiệp Bình Phước, Bình Tân, Vĩnh Lộc, Công nghệ Cao). Tổng công suất lắp đặt là 7. Ngoài ra trong các chế độ vận hành đặc biệt thì các trạm 220kV có khả năng hỗ trợ cấp nguồn cho lưới điện TP.

HCM và các vùng lân cận là trạm 220kV Trảng Bàng, Long An và Thuận An với tổng công suất lắp đặt 1. Lưới điện 110kV: - Đường dây 110kV: Lưới điện 110kV khu vực TP. HCM sử dụng đường dây nổi trên không hoặc cáp ngầm để phân phối điện năng từ các trạm nguồn 500kV hoặc 220kV đến các trạm trung gian 110/22kV trên địa bàn thành phố. Tổng công suất truyền tải các đường dây 110kV hiện nay ước khoảng 8.500MVA (tương đương 8.085MW), đáp ứng đủ và có độ dự trữ cao đối với phụ tải toàn thành phố.

9 Đường dây nổi 110kV: có tổng chiều dài 656km, sử dụng loại dây nhôm lõi thép (Aluminum Conductor Steel Reinforced – ACSR), có tiết diện 185mm2, 240mm2 và 400mm2. Cáp ngầm 110kV: có tổng chiều dài 52km, sử dụng loại đơn pha cách điện khô XLPE, có vỏ nhôm gợn sóng, tiết diện 800mm2, 1. Hiện nay, để chuẩn hóa và đồng bộ khả năng mang tải trên toàn tuyến dây, EVNHCMC sử dụng dây dẫn có tiết diện 400mm2 hoặc cáp ngầm 1.200mm2 đối với các công trình đầu tư xây dựng mới hoặc cải tạo lưới điện 110kV hiện hữu. - Trạm 110kV: Phụ tải khu vực TP.

HCM chủ yếu nhận điện từ 05 trạm 110/22kV nối cấp từ trạm 220kV và 52 trạm biến áp 110/22kV (do EVNHCMC quản lý); 5 trạm 220/110/22kV (do Tổng công ty Truyền tải điện 4 quản lý) với tổng công suất lắp đặt ước khoảng 6.730MVA (tương đương 6. Ngoài ra, phụ tải của EVNHCMC còn được cung cấp nguồn từ trạm 110kV Thủ Đức Bắc (126MVA) do Tổng công ty Điện lực Miền Nam quản lý. Các trạm 110kV đều nhận nguồn từ ít nhất 02 đường dây 110kV; do đó có độ dự phòng và linh hoạt cao trong vận hành, ngoại trừ một số trạm 110kV lưu động (cấp điện tạm thời) hoặc trạm 110kV do khách hàng đầu tư.2: Hệ thống lưới điện truyền tải khu vực Tp. HCM 11 Về thiết kế điện, cơ bản hiện có 02 loại trạm 110kV trên địa bàn thành phố.

Đó là trạm ngoài trời truyền thống (Air Insulated Switchgear) và trạm cách điện khí SF6 GIS (Gas Insulated Switchgear). Trạm ngoài trời đa số đã vận hành lâu năm, được xây dựng ở các quận, huyện ngoại thành do có chi phí đầu tư thấp, tuy nhiên diện tích chiếm dụng đất lớn. Ngược lại, trạm GIS ngày càng được sử dụng nhiều; đặc biệt trong khu vực nội thành mặc dù chi phí đầu tư tương đối lớn; chủ yếu do các lợi ích thiết thực của trạm như độ tin cậy trong vận hành cao, yêu cầu về bảo trì bảo dưỡng thấp và diện tích đất sử dụng nhỏ.3: Trạm biến áp 220/110kV GIS Hình 2.4: Trạm biến áp 220/110kV AIS 12 Các trạm 110kV sử dụng từ 02 đến 03 máy biến áp có công suất 40MVA hoặc 63MVA. Máy biến áp 110kV là loại ngâm trong dầu có 03 cuộn dây; trong đó cuộn 110kV và 22kV đấu nối kiểu sao được dùng để biến đổi điện áp và truyền tải công suất; riêng cuộn 11kV đấu nối kiểu tam giác đóng vai trò cuộn cân bằng và lọc thành phần sóng hài.

Công suất của cuộn tam giác chỉ khoảng 1/3 công suất của hai cuộn còn lại. Mỗi máy biến áp đều có bộ điều chỉnh 19 nấc dưới tải OLTC (On-load Tap Changer) để thực hiện điều khiển điện áp phía đầu ra trung thế 22kV (tăng/giảm) thông qua điều chỉnh nấc phân áp phía cuộn cao thế 110kV. Tùy vào tính toán cụ thể trong quá trình thiết kế xây dựng trạm, phần thanh cái 22kV có thể có các giàn tụ bù tương ứng (1 giàn/1 phân đoạn thanh cái). Các giàn tụ bù tĩnh 3 pha đấu kiểu sao, mỗi pha được ghép nối từ nhiều hộc tụ đơn lẻ.

Dung lượng giàn tự thường được chọn trong giả thuyết để nâng hệ số công suất cos từ 0. Lưới điện phân phối Vào tháng 4/2017, EVNHCMC đã hoàn tất việc nâng cấp điện áp lưới trung thế từ 15kV lên 22kV (sớm hơn 3 năm so với kế hoạch đề ra là năm 2020) - Lưới trung thế: + 52 trạm ngắt 22kV; + 680 tuyến trung thế 22kV (gồm các phát tuyến xuất phát từ trạm trung gian và trạm ngắt) với tổng chiều dài dây nổi là 4.263km và cáp ngầm là 2. - Lưới hạ thế: với tổng chiều dài 12.626 trạm biến thế phân phối với tổng dung lượng là 12.156 MVA cung cấp điện cho 2.326 khách hàng. Phương thức vận hành Dòng ngắn mạch khu vực Tp.

HCM có xu hướng ngày càng tăng cao do đặc thù kết cấu lưới điện và mật độ phụ tải dày đặc; đặc biệt xảy ra ở lưới điện trung thế 22kV. Do đó, mặc dù được quy hoạch và thiết kế kết vòng khép kín nhưng ở chế độ bình thường, lưới điện 110kV Tp. HCM vận hành ở chế độ hở; dẫn đến hình thành nên các đảo lưới độc lập, trong đó một trạm nguồn 500kV hoặc 220kV sẽ chịu trách nhiệm cấp điện chính cho một số trạm 110kV. Dựa theo cấu trúc hiện hữu, lưới điện 110kV Tp.

HCM được chia thành 12 đảo độc lập theo bảng sau đây: 13 Bảng 2.1: Danh sách các đảo lưới điện 110kV Tp. HCM STT Đảo lưới điện Trạm 110kV nhận điện Trạm 110kV Chợ Lớn, Bình Trị Đông, Bình Phú, 1 Trạm 500kV Phú Lâm Tân Tạo, Lê Minh Xuân, Tân Túc và trạm Pouyen (trạm khách hàng) Trạm 110kV Nam Sài Gòn 1, Việt Thành, Phú Mỹ Hưng A, Tân Thuận, An Nghĩa, Cần Giờ, Bến 2 Trạm 500kV Nhà Bè Thành và trạm NMĐ Hiệp Phước (trạm khách hàng) 3 Trạm 500kV Cầu Bông Trạm 110kV Phú Hòa Đông và Tân Quy Trạm 220kV Bình Trạm 110kV Phú Định, Chánh Hưng và Nam Sài 4 Chánh Gòn 2 Trạm 110kV Tân Bình 1, Gò Vấp 1, Tân Hiệp, 5 Trạm 220kV Hóc Môn Đông Thạnh và trạm lưu động Bà Điểm. Trạm 110kV Đa Kao, Thị Nghè, Bến Thành, Hùng 6 Trạm 220kV Tao Đàn Vương, Hòa Hưng, Trường Đua. Trạm 110kV Thủ Đức Đông, Tăng Nhơn Phú, Intel 7 Trạm 220kV Cát Lái và Sao Mai (trạm khách hàng) Trạm 110kV Thanh Đa, Tân Sơn Nhất, Xa Lộ, An 8 Trạm 220kV Thủ Đức Khánh, Linh Trung 1, Linh Trung 2, Thảo Điền và trạm Vikimco (trạm khách hàng) 9 Trạm 220kV Củ Chi 2 Trạm 110kV Bàu Đưng và Củ Chi Trạm 220kV Hiệp Bình 10 Trạm 110kV Hỏa Xa, Thạnh Lộc, Bình Triệu Phước 11 Trạm 220kV Bình Tân Trạm 110kV Tân Bình 2, Tân Bình 3 và Bà Quẹo 12 Trạm 220kV Vĩnh Lộc Trạm 110kV Vĩnh Lộc nối cấp 14 Sơ đồ địa dư lưới điện của một đảo điển hình (trạm 500kV Phú Lâm) được thể hiện tại Hình 2.5: Đảo lưới trạm 500kV Phú Lâm Ngoài ra, ở chế độ vận hành bình thường lưới điện 110kV phải đảm bảo các yêu cầu về chất lượng điện năng; cụ thể là dải điện áp dao động không vượt quá +5% so với điện áp danh định (tương ứng với mức điện áp là 105kV – 115kV) theo quy định tại Thông tư 39 và Thông tư 25 của Bộ Công Thương.

Phụ tải khu vực Tp. HCM Tính đến năm 2018, công suất tiêu thụ cực đại đạt 4.139MW và chiếm khoảng 60% tổng công suất lắp đặt của trạm 110kV, 46% công suất truyền tải của các đường dây 110kV. Nhìn chung, lưới điện 110kV thành phố có độ dữ trự cao (40% đối với trạm biến áp và 54% đối với đường dây tải điện) nên hoàn toàn đáp ứng nhu cầu sử dụng điện của khách hàng cũng như đảm bảo sự linh hoạt, ổn định và tin cậy trong vận hành. Dự báo tăng trưởng phụ tải toàn thành phố đến năm 2020 đạt 4.600MW và năm 2025 đạt 5.

Đồ thị tăng trưởng công suất tiêu thụ của phụ tải Tp. HCM được biểu diễn tại Hình 2.6: Đồ thị công suất phụ tải cực đại qua các năm Biểu đồ phụ tải (Load Profile) được phân chia theo 02 ngày điển hình: ngày làm việc (thứ 2 đến thứ 6) và ngày cuối tuần (thứ 7, chủ nhật), lần lượt thể hiện trong Hình 2.8: 4000 Pmax trong ngày 3500 3000 2500 2000 1500 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Hình 2.