Chương 1: Lý thuyết tổng quan về tổn thất điện năng và giới thiệu phần mềm - Chương 2: Tổng quan về lưới điện phân phối tại tại Công ty Điện lực Cầu Giấy - Chương 3: Nghiên cứu và đề xuất các giải pháp giảm tổn thất điện năng lưới điện phân phối tại Công ty Điện lực Cầu Giấy 5 CHƢƠNG 1 LÝ THUYẾT TỔNG QUAN VỀ TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG VÀ GIỚI THIỆU PHẦN MỀM PSS/ADEPT 1. Khái niệm chung về tổn thất điện năng Tổn thất điện năng trên mạng lưới điện là lượng điện năng tiêu hao trong quá trình truyền tải và phân phối điện từ khu vực sản xuất điện đến các điểm tiêu dùng cuối do những nguyên nhân như sự điện trở, tản nhiệt, độ rung, tách mạch, ảnh hưởng của môi trường… Những tổn thất này có thể xảy ra ở bất kỳ giai đoạn nào trong quá trình truyền tải, từ đầu đường dây, trạm biến áp đến đến người dùng cuối. Tổn thất điện năng (TTĐN) trong HTĐ (HTĐ) nói chung là chênh lệch giữa lượng điện năng sản xuất từ nguồn điện và lượng điện năng được tiêu thụ tạí phụ tải trong một khoảng thời gian nhất định. Trong thị trường điện, TTĐN trên một lưới điện là sự chênh lệch giữa lượng điện năng đi vào lưới điện (bao gồm từ các nguồn điện và từ các lưới điện lân cận) và lượng điện năng đi ra khỏi lưới điện (bao gồm cấp cho phụ tải của lưới điện đó hoặc đi sang các khu vực lưới điện lân cận) trong một khoảng thời gian nhất định.1: Tổn thất điện năng Khoảng thời gian xác định TTĐN thường là một ngày, một tháng hoặc một năm tùy thuộc mục đích hoặc công cụ xác định TTĐN.
TTĐN trên một phần tử có thể xác định bằng đo lường hoặc tính toán như sau: 6 T ΔA = ΔP(t)dt (1-1) Trong đó:ΔP(t) - là hàm theo thời gian của tổn thất công suất trên phần tử. ΔA - là TTĐN trên phần tử trong thời gian T (diện tích giới hạn bởi ΔP(t) và cáctrục tọa độ như hình) 1. Phân loại tổn thất - Để có thể xác định một cách chính xác và đầy đủ về tổn thất điện năng, trước hết chúng ta cần phân loại các loại tổn thất này. - Theo phạm vi quản lý có TTĐN trên lưới điện truyền tải và TTĐN trên lưới điện phân phối.
Tỷ lệ TTĐN trong HTĐ chủ yếu ở lưới phân phối điện.Theo quan điểm kinh doanh điện. TTĐN trên HTĐ được phân thành hai loại là TTĐN kỹ thuật và TTĐN thương mại (hay là phi kỹ thuật). Tổn thất điện năng kỹ thuật Là TTĐN do tính chất vật lý của quá trình tải điện năng gây ra. Loại tổn thất này không thể loại bỏ hoàn toàn mà chỉ có thể hạn chế ở mức độ hợp lý.
Cụ thể hơn, tổn thất kỹ thuật cũng có thể chia thành hai dạng như sau: a) TTĐN phụ thuộc vào dòng điện: Là tổn thất do phát nóng trong các phần tử có tải dòng điện, phụ thuộc vào cường độ dòng điện và điện trở tác dụng của phần tử. Có thể xem đây là tổn thất dọc. Đây là thành phần chính được tính đến trong TTĐN kỹ thuật. b) TTĐN phụ thuộc vào điện áp: Bao gồm tổn thất không tải của máy biến áp (MBA), tổn thất vầng quang điện, tổn thất do rò điện (cách điện không tốt), tổn thất trong mạch từ của các thiết bị đo lường.
Đây có thể xem là tổn thất ngang. Tổn thất điện năng thương mại - Là lượng TTĐN trên HTĐ không liên quan đến tính chất vật lý của quá trình tải điện năng. Nguyên nhân là do vấn đề quản lý HTĐ. Bởi vậy, không thể giải quyết bằng các biện pháp kỹ thuật mà chỉ có thể dùng các biện pháp quản lý trong kinh doanh.
Một số trường hợp có thể phân loại để xác định TTĐN ở khâu nào, từ đó có biện pháp xử lý. Ví dụ TTĐN do không được đo, điện năng 7 không được vào hóa đơn, không được trả tiền hoặc chậm trả tiền. TTĐN thương mại chủ yếu xảy ra ở lưới điện phân phối. Vấn đề xác định tổn thất điện năng - Nhìn chung, không có cách xác định chính xác TTĐN.
Có nhiều nguyên nhân, nhưng chủ yếu là vì thiếu thông tin do hệ thống đo lường chưa đầy đủ và đồng bộ, số liệu về lưới điện và phụ tải không chính xác. Bởi vậy, thực chất việc xác định TTĐN làđánh giá hoặc dự báo TTĐN. - Trên lưới điện truyền tải, hệ thống thông tin và tự động hóa thường phải đầy đủ để đảm bảo mục tiêu quản lý vận hành an toàn, tối ưu. Cũng nhờ đó, việc đo lường và đánh giá TTĐN chính xác hơn.
Đối với lưới điện phân phối, các hệ thống thông tin đo lường, giám sát nhìn chung đơn giản, trong khi khối lượng, chủng loại thiết bị đa dạng, nên việc đánh giá chính xác TTĐN khó khăn hơn nhiều. - Bởi vì TTĐN trong HTĐ chủ yếu nằm ở lưới điện phân phối, nên yêu cầu xác định TTĐN chủ yếu đặt ra đối với bộ phận lưới này. TTĐN trong lưới điện phân phối nhỏ hơn 10% được coi là chấp nhận được. Nếu TTĐN trên 15% tức là tỷ lệ TTĐN thương mại là đáng kể, khi đó cần tính toán thành phần TTĐN kỹ thuật để đánh giá mức độ tổn thất thương mại.
Bên cạnh đó việc xác định TTĐN cũng sẽ cho một bức tranh chung về tỷ lệ TTĐN giữa các bộ phận lưới điện và các khu vực phụ tải để từ đó có thể đề xuất các giải pháp giảm TTĐN một cách hiệu quả trên lưới điện. Thiết bị đo điện năng - Sử dụng thiết bị đo điện năng là một trong những cách để đánh giá TTĐN. Thiết bị đo điện năng thường gọi là công tơ bao gồm công tơ tác dụng (đo kWh) và công tơ phản kháng (đo kVArh). Công tơ liên tục đo điện áp và dòng điện tức thời, tính toán tích số của hai đại lượng này rồi tích hợp theo thời gian để tính số điện năng cần đo.
Đối với tải nhỏ, trong lưới hạ thế, công tơ có thể lấy trực tiếp dòng điện và điện áp từ mạch cần đo. Đối với lưới cao áp, dòng điện phụ tải lớn, công tơ lấy dòng điện và điện áp từ thứ cấp các máy biến dòng 8 điện và biến điện áp. Theo công nghệ chế tạo có hai loại công tơ bao gồm công tơ cơ khívà công tơ điện tử. - Công tơ điện, đồng hồ điện hay điện năng kế là một thiết bị chuyên dùng để đo lượng điện năng tiêu thụ của một phụ tải điện.
Phụ tải điện là nơi sử dụng điện năng bao gồm hộ tiêu dùng, doanh nghiệp, hoặc đơn giản là một thiết bị chạy bằng điện. a) Công tơ cơ khí - Cấu tạo của công tơ cơ khí bao gồm: Cuộn dây điện áp: Có số lượng vòng dây nhiều là được lắp đặt tại vị trí song song với phụ tải, phần tiết diện nhỏ hơn so với các loại công tơ khác. Cuộn dây dòng điện: Được lắp nối tiếp với phụ này, số vòng dây thường ít hơn so với cuộn dây điện áp nhưng tiết diện lớn hơn. Đĩa nhôm: Được lắp phía trên trục và tì vào trụ để quay tự do giữa hai cuộn dây điện áp.
Nam châm vĩnh cửu: Có vai trò tạo ra momen cán khi bộ phận đai nhôm quay trong từ trường của nó. Hộp số cơ khí: Có nhiệm vụ hiển thị số vòng quay của đĩa nhôm khi nó được gắng với trục đĩa nhôm. - Công dụng của công tơ cơ khí + Công tơ điện thể hiện chính xác mức độ tiêu thụ điện của các thiết bị điện. + Giúp người dùng điện theo dõi và kiểm soát dòng điện tiêu thụ.
+ Ổn định dòng điện xoay chiều. - Hiện nay các công tơ cơ khí đang dần được thay thế bằng công tơ điện tử.2: Công tơ cơ khí một pha Hình 1.3: Cấu tạo của công tơ cơ khí một pha b) Công tơ điện tử - Công tơ điện tửbiến đổi dòng điện và điện áp đo được trên mạch điện thành dạng số, xử lý tín hiệu số để tính toán nhiều đại lượng liên quan khác nhau và hiển thị trên màn hình dạng LCD. Công tơ điện tử tích hợp rất nhiều tính năng cho phép đo đặc điểm tiêu thụ điện của phụ tải như thời gian sử dụng (TOU), công suất cực đại, các tham số dòng điện, điện áp, hệ số cosφ, ĐTPT,.cũng như lưu trữ và kết nối, đọc số liệu từ xa. - Nguyên lý hoạt động của công tơ điện tử 10 - Yêu cẩu về tổn thất và sai số của công tơ điện tử, cấp chính xác Class 1 và 2 được quy định bởi tiêu chuấn IEC 62053-21, 2003.4: Công tơ điện tử 11 Với loại công tơ điện này gồm 2 bộ nhớ thường được sử dụng để đo đếm nguồn cơ khícác nguồn năng lượng mặt trời áp mái hòa lưới của dự án điện mặt trời hoặc hộ gia đình lắp đặtđến nguồn điện năng lượng 2 chiều.
– Bộ nhớ 1: Lưu trữ chỉ số điện tiêu thụ chiều vô (Điện năng cung cấp bởi lưới điện EVN) – Bộ nhớ 2: Lưu trữ chỉ số điện chiều phát ra (Điện năng do điện mặt trời phát ra). Nguyên nhân của tổn thất điện năng 1. Tổn thất điện năng phụ thuộc dòng điện -Tất cả các phần tử tham gia tải trực tiếp dòng điện trong HTĐ đều có TTĐN do phát nhiệt trên điện trở của phần tử đó. Các phần tử có tổn thất do phát nhiệt trên HTĐ bao gồm: Điện trở của các đường dây tải điện, dây dẫn pha, dây trung tính, dây chống sét và dây nối đất.
Dây trung tính sẽ gây tổn thất nếu tồn tại dòng trên dây trung tính. Dây chống sét nằm trong cơ khítrường của các dây dẫn pha nên cũng có xuất hiện dòng điện cảm ứng và tổn thất trên điện trở dây chống sét và điện trở nối đất. Điện trở cuộn dây trong các MBA lực. Điện trở cuộn dây của các máy điện quay (máy phát điện, máy bù đồng bộ, động cơ điện).
Điện trở tiếp xúc của các tiếp điểm trong các thiết bị đóng cắt mạch điện. Điện trở tiếp xúc của các mối nối trong mạch điện. Các điện trở nhỏ khác như thanh góp, cuộn dây các biến áp đo lường, các mạch tụ bù CSPK, cuộn dây kháng điện, điện trở trên các mạch bán dẫn. Trong các phần tử trên đây trong HTĐ, các phẩn tử chiếm tỷ lệ TTĐN lớn nhất là đường dây và MBA.
Các phần tử còn lại thường có tổn thất nhỏ nên nếu tính toán TTĐN dựa trên mô phỏng thì thường bỏ qua. Tổn thất điện năng phụ thuộc điện áp - Tổn thất vầng quang điện; - Tổn thất trong lõi thép máy biến áp.