Chương 1: Giới thiệu chung Chương 2: Cơ sở lý thuyết về tổn thất điện năng của lưới điện phân phối Chương 3: Phân tích hiện trạng lưới điện phân phối Thành phố Cà Mau Chương 4: Giải pháp giảm tổn thất điện năng lưới điện phân phối Thành phố Cà Mau Chương 5: Kết luận và hướng phát triển trong tương lai 4 Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG CỦA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 2. Giới thiệu Tổn thất điện năng trên hệ thống điện là lượng điện năng tiêu hao cho quá trình truyền tải và phân phối điện từ thanh cái các nhà máy điện qua hệ thống lưới điện truyền tải, lưới điện phân phối đến các hộ sử dụng điện. Tổn thất điện năng được chia làm hai loại: Tổn thất kỹ thuật và tổn thất thương mại. Tổn thất kỹ thuật Tổn thất kỹ thuật chủ yếu trên dây dẫn và các máy biến áp phân phối gồm tổn thất công suất tác dụng và tổn thất công suất phản kháng.
Tổn thất công suất phản kháng do từ thông rò và gây từ trong các máy biến áp và cảm kháng trên đường dây. Tổn thất công suất phản kháng chỉ làm lệch góc pha và ít ảnh hưởng đến tổn thất điện năng. Tổn thất công suất tác dụng có ảnh hưởng đáng kể đến tổn thất điện năng. Thành phần tổn thất điện năng do tổn thất công suất tác dụng được tính toán như sau: A P(t )dt (2.1) Trong đó: A : Tổn thất điện năng (kWh); P(t ) : Tổn thất công suất tác dụng trên đường dây và máy biến áp tại thời điểm t.
Thông thường, việc tính toán tổn thất điện năng theo biểu thức trên được thực hiện theo phương pháp dòng điện đẳng trị phụ thuộc vào đồ thị phụ tải hoặc theo thời gian sử dụng công suất lớn nhất. Tổn thất công suất tác dụng bao gồm tổn thất sắt, do dòng điện Foucault trong lõi thép và tổn thất dòng do hiệu ứng Joule trong máy biến áp. Các loại tổn thất này có các nguyên nhân chủ yếu như sau: + Đường dây phân phối dài và bán kính cấp điện lớn. + Tiết diện dây dẫn nhỏ, đường dây bị xuống cấp, không được cải tạo và nâng cấp.
5 + Máy biến áp phân phối thường xuyên bị quá tải. + Sử dụng máy biến áp loại có tổn thất cao, vật liệu lõi từ không tốt dẫn đến sau một thời gian tổn thất tăng lên. + Vận hành không đối xứng liên tục dẫn đến tăng tổn thất trên máy biến áp. + Nhiều thành phần sóng hài của các phụ tải công nghiệp tác động vào các cuộn dây của máy biến áp làm tăng tổn thất.
+ Vận hành với hệ số cosφ thấp do thiếu công suất phản kháng. + Hành lang an toàn bị xâm phạm, cây xanh chạm pha thoáng qua thường xuyên nhưng cài đặt thiết bị không cắt dẫn đến tổn thất. + Sử dụng các thiết bị chống sét van có dòng rò lớn, không kiểm tra thí nghiệm thường xuyên sẽ không phát hiện các LA đang dẫn dòng Io lớn gây tổn thất nghiêm trọng. Tổn thất thương mại (phi kỹ thuật) Tổn thất phi kỹ thuật bao gồm: 4 dạng tổn thất + Trộm điện (câu, móc trộm).
+ Không thanh toán hoặc chậm thanh toán hóa đơn tiền điện. + Sai sót tính toán tổn thất kỹ thuật. + Sai sót thống kê phân loại và tính hóa đơn khách hàng. Tổn thất phi kỹ thuật phụ thuộc vào cơ chế quản lý, quy trình quản lý.
Ý nghĩa của tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong mạng điện Mạng phân phối hay còn gọi là mạng điện địa phương có nhiệm vụ truyền tải điện năng với khoảng cách không lớn từ thanh cái thứ cấp của trạm biến áp khu vực đến hộ tiêu thụ công nghiệp, nông nghiệp, thắp sáng … Người ta chia mạng phân phối ra thành hai loại: mạng phân phối điện áp có Uđm > 1 kV và mạng phân phối điện áp thấp có Uđm < 1 kV. Tùy theo đặc điểm của hộ tiêu thụ nhận điện từ mạng phân phối, người ta gọi mạng phân phối công nghiệp, mạng điện phân phối nông thôn, mạng điện phân phối thành phố. Trước kia mạng điện phân phối có điện áp từ 35 kV trở xuống, nhưng ngày nay có thể lên tới 110 kV và đôi khi có thể lên tới 220 kV. Để cung cấp điện cho xí nghiệp công nghiệp 6 lớn và các thành phố lớn, người ta thường đưa điện áp lên cao vào sâu tâm phụ tải, nghĩa là phải xây dựng tại đó các trạm biến áp có điện áp bên sơ cấp lên tới 110 – 500 kV.
Mạng điện cung cấp cho các thành phố lớn thường là mạng điện 110 kV. Mạng điện phân phối hay còn gọi là mạng điện địa phương, gồm có các đường dây dẫn trên không, đường dây cáp và các trạm biến áp phân phối, có nhiệm vụ phân phối và cung cấp điện trực tiếp đến các hộ tiêu thụ nằm cách trung tâm cấp điện (nhà máy điện, trạm biến áp khu vực.) khoảng vài chục kilômét. Mạng phân phối thường là mạng điện hở hoặc kín nhưng vận hành theo cấu trúc mạng hở hình tia. Vì mạng điện phân phối có nhiệm vụ phân phối và cung cấp điện đến từng hộ tiêu thụ điện nên bao gồm rất nhiều phụ tải, tổng chiều dài dây rất lớn dẫn đến tổn thất công suất bao gồm công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q và khối lượng kim loại màu dùng trong mạng điện phân phối chiếm tỉ trọng lớn trong toàn hệ thống điện.
Lượng điện năng tổn thất A sẽ làm nóng dây dẫn và máy biến áp, và tỏa nhiệt vô ích ra môi trường dẫn đến việc sử dụng năng lượng điện không đạt hiệu quả cao. Tổn thất điện năng trong mạng điện bao gồm tổn thất điện năng trong trạm biến áp, tổn thất điện năng trên điện trở dây dẫn, và các tổn hao phụ khác như tổn hao trong điện kế. Trong các thành phần trên thì tổn thất điện năng trên dây dẫn là đáng kể nhất. Trong các hệ thống điện nhỏ thì tổn thất P và A không thành vấn đề lớn nhưng đối với hệ thống điện lớn mỗi năm tổn thất điện năng của toàn hệ thống vào khoảng 10 – 15% điện năng sản xuất ra.
Lượng điện tổn thất đó sẽ có giá trị rất lớn. Bên cạnh đó, tổn thất Q tuy không ảnh hưởng trực tiếp đến mức chi phí về nhiên liệu cho nhà máy, nhưng lại gây ra tình trạng không đủ công suất phản kháng cung cấp cho các hộ tiêu thụ điện. Như vậy phải trang bị thiết bị để phát thêm công suất phản kháng vào hệ thống như máy bù đồng bộ, tụ bù. Kết quả là chi phí đầu tư cho thiết bị tăng, làm giá thành điện năng cũng tăng lên.
Lượng điện năng tổn thất lớn như vậy sẽ gây thiệt hại lớn cho ngân sách quốc gia nói chung, tổn thất về kinh tế cho nguồn điện nói riêng. Nhận thấy rằng việc giảm được tổn thất cho hệ thống là việc làm rất có ý nghĩa, vì chỉ giảm 1% tổn thất điện năng thì cũng có giá trị rất lớn. Việc giảm tổn 7 thất điện sẽ góp phần làm giá thành điện năng hạ, hạ giá thành của các sản phẩm khác có sử dụng điện để sản xuất ra sản phẩm đó và thúc đẩy kinh tế phát triển phục vụ dân sinh. Tuy nhiên, việc giảm được tối thiểu tổn thất điện năng không phải lúc nào cũng đồng nghĩa với việc đạt được kết quả cao trong vận hành kinh tế hệ thống điện.
Đồng thời, việc nâng cao tính kinh tế trong vận hành kinh tế hệ thống điện không phải bao giờ cũng mang lại giảm tổn thất điện năng trong mạng điện. Biện pháp nâng cao tính kinh tế vận hành hệ thống điện có thể làm giảm hoặc tăng tổn thất trong mạng điện, điều đó phụ thuộc vào đặc điểm vận hành của từng chế độ. Như vậy, việc giảm tổn thất điện năng trong mạng điện là một phần của bài toán chung nâng cao tính kinh tế trong vận hành hệ thống điện. Vấn đề xác định tổn thất điện năng trong mạng điện hiện nay đang là nhiêm vụ hết sức thiết thực không những đối với cơ quan quản lý và phân phối điện mà ngay cả đối với hộ tiêu thụ điện.
Phương pháp xác định tổn thất điện năng thông thường nhất là so sánh sản lượng điện ở đầu vào và đầu ra nhưng thường mắc phải những sai sót lớn do một số nguyên nhân sau: + Không thể lấy đồng thời chỉ số của các công tơ tại đầu nguồn và ở các điểm tiêu thụ. + Nhiều điểm tải còn thiếu thiết bị đo, hoặc thiết bị đo không phù hợp với phụ tải. + Số chủng loại đồng hồ đo rất đa dạng với nhiều mức sai số khác nhau, và việc chỉnh định đồng hồ đo chưa chính xác, hoặc không thể chính xác do chất lượng điện không đảm bảo. + Đương nhiên, có thể sử dụng phương pháp đo hiện đại như dùng đồng hồ đo tổn thất để nâng cao độ chính xác của phép đo, nhưng như vậy sẽ rất tốn kém và phức tạp không phù hợp với điều kiện kinh tế ở nước ta.
Do vậy, phải áp dụng các phương pháp khác nhau để tính tổn thất điện năng của lưới điện phân phối. Hiện nay, có nhiều phưong pháp tính tổn thất điện năng. Mỗi phương pháp đặc trưng bởi những thông số tính toán ban đầu. Như vậy cho nên chọn phương pháp tính toán nào mà thông số tính toán ban đầu dễ thu nhập, kết quả tính chính xác cao là một việc cần thiết.
8 Sau đây là một số phương pháp tính toán tổn thất điện năng trên lưới phân phối. Các phương pháp tính toán tổn thất điện năng 2. Phương pháp cơ bản của Junle và Lens T A RI 2 dt (2.2) 0 Trong đó: T: Thời gian khảo sát tổn thất điện năng (h); R: Điện trở dây dẫn (Ω); I(t): Dòng điện biến thiên theo thời gian. Phương pháp bậc thang hóa đồ thị phụ tải n A RI i2 t i (2.3) i 1 Trong đó: R: Điện trở dây dẫn; Ii: Dòng điện trung bình trong khoản thời gian ti; Hình 2.
Đồ thị phụ tải I(t) theo thời gian Dựa vào đồ thị phụ tải tính được tổn thất điện năng: A R I12 t 1 I 22 t 2 I 32 t 3 I 24 t 4 (2. Phương pháp tính tổn thất theo thời gian tổn thất lớn nhất A RI 2m ax (2.
