Chương 1, Equation Chapter 1 Section 1 1.1 Cấu trúc và đặc điểm của lƣới điện phân phối trung áp 1.1 Định nghĩa lưới điện phân phối trung áp LĐPPTA là một phần của hệ thống điện, làm nhiệm vụ phân phối điện năng từ các trạm trung gian, các trạm khu vực hay thanh cái của nhà máy điện cấp điện cho phụ tải. LĐPPTA là khâu cuối cùng của hệ thống điện đƣa điện năng trực tiếp đến ngƣời tiêu dùng [1][7]. Tính đến nay lƣới điện trung áp đã trải khắp các xã trên đất nƣớc, tuy nhiên còn một số thôn, bản vẫn chƣa đƣợc dùng điện lƣới quốc gia mà họ vẫn phải dùng điện từ các thuỷ điện nhỏ hoặc máy phát điện diesel.2 Đặc điểm của lưới điện trung áp LĐPPTA đƣợc phân bố trên diện rộng, thƣờng vận hành không đối xứng và có tổn thất lớn. Qua nghiên cứu cho thấy tổn thất thấp nhất trên LĐPPTA vào khoảng 4% [7][11].
Vấn đề tổn thất trên LĐPPTA liên quan chặt chẽ đến các vấn đề kỹ thuật của lƣới điện từ giai đoạn thiết kế đến vận hành. Do đó, trên cơ sở các số liệu về tổn thất có thể đánh giá sơ bộ chất lƣợng vận hành của LĐPPTA. Trong những năm gần đây, LĐPPTA của nƣớc ta phát triển mạnh, các Công ty Điện lực cũng đƣợc phân cấp mạnh mẽ về quản lý. Vì vậy, chất lƣợng vận hành của LĐPPTA đƣợc câng cao rõ rệt, tỷ lệ tổn thất điện năng giảm mạnh song vẫn còn rất khiêm tốn.1 Phân loại lưới điện trung áp Lƣới điện trung áp chủ yếu ở các cấp điện áp 6kV, 10kV, 22kV, 35kV phân phối điện cho các trạm biến áp trung áp/hạ áp và các phụ tải cấp điện áp trung áp [1][7].
Phân loại LĐPPTA trung áp theo 3 dạng: LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 2 - Theo đối tƣợng và địa bàn phục vụ, có 3 loại:’ + Lƣới phân phối thành phố; + Lƣới phân phối nông thôn; + Lƣới phân phối xí nghiệp. - Theo thiết bị dẫn điện: + Lƣới phân phối trên không; + Lƣới phân phối cáp ngầm. - Theo cấu trúc hình dáng: + Lƣới hở (hình tia) có phân đoạn và không phân đoạn. + Lƣới kín vận hành hở; + Sơ đồ hình lƣới; 1.2 Vai trò của lưới điện trung áp LĐPPTA làm nhiệm vụ phân phối điện năng từ các trạm trung gian, trạm khu vực hay thanh cái của các nhà máy điện cho các phụ tải điện.
LĐPPTA đƣợc xây dựng, lắp đặt phải đảm bảo nhận điện năng từ một hay nhiều nguồn cung cấp và phân phối đến các hộ tiêu thụ điện. Đảm bảo cung cấp điện tiêu thụ sao cho ít gây ra mất điện nhất, đảm bảo cho nhu cầu phát triển của phụ tải. Đảm bảo chất lƣợng điện năng cao nhất về ổn định tần số và ổn định điện áp trong giới hạn cho phép. LĐPPTA trung áp có tầm quan trọng đặc biệt đối với hệ thống điện: - Trực tiếp đảm bảo chất lƣợng điện áp cho phụ tải.
- Giữ vai trò rất quan trọng trong đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cho phụ tải. Có đến 98% điện năng bị mất là do sự cố và ngừng điện kế hoạch lƣới phân phối. Mỗi sự cố trên LĐPPTA trung áp đều có LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 3 ảnh hƣởng rất lớn đến sinh hoạt của nhân dân và các hoạt động kinh tế, xã hội. - Sử dụng tỷ lệ vốn rất lớn: khoảng 50% vốn cho hệ thống điện (35% cho nguồn điện, 15% cho lƣới hệ thống và lƣới truyền tải).
- Tỷ lệ tổn thất điện năng rất lớn: khoảng 40-50% tổn thất điện năng xảy ra trên LĐPPTA. Và tổn thất kinh doanh cũng chỉ xảy ra này. - LĐPPTA gần với ngƣời dùng điện, do đó vấn đề an toàn điện cũng là rất quan trọng.3 Các phần tử chính của lưới điện trung áp Các phần tử chủ yếu trong LĐPPTA bao gồm [7][11]: - MBA trung gian và MBA phân phối. - Thiết bị dẫn điện: Đƣờng dây tải điện.
- Thiết bị đóng cắt và bảo vệ: Máy cắt, dao cách ly, cầu chì, chống sét van, áp tô mát, hệ thống bảo vệ rơ le, giảm dòng ngắn mạch. - Thiết bị điều chỉnh điện áp: Thiết bị điều áp dƣới tải, thiết bị thay đổi đầu phân áp ngoài tải, tụ bù ngang, tụ bù dọc, thiết bị đối xứng hóa, thiết bị lọc sóng hài bậc cao. - Thiết bị đo lƣờng: Công tơ đo điện năng tác dụng, điện năng phản kháng, đồng hồ đo điện áp và dòng điện, thiết bị truyền thông tin đo lƣờng. - Thiết bị giảm tổn thất điện năng: Tụ bù.
- Thiết bị nâng cao độ tin cậy: Thiết bị tự động đóng lại, thiết bị tự đóng nguồn dự trữ, máy cắt hoặc dao cách ly phân đoạn, các khớp nối dễ tháo trên đƣờng dây, kháng điện hạn chế ngắn mạch,. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 4 - Thiết bị điều khiển từ xa hoặc tự động: Máy tính điện tử, thiết bị đo xa, thiết bị truyền, thu và xử lý thông tin, thiết bị điều khiển xa, thiết bị thực hiện,. Mỗi phần tử trên lƣới điện đều có các thông số đặc trƣng (công suất, điện áp định mức, tiết diện dây dẫn, điện kháng, điện dung, dòng điện cho phép, tần số định mức, khả năng đóng cắt .) đƣợc chọn trên cơ sở tính toán kỹ thuật. Những phần tử có dòng công suất đi qua (MBA, dây dẫn, thiết bị đóng cắt, máy biến dòng, tụ bù .) thì thông số của chúng ảnh hƣởng trực tiếp đến thông số chế độ (điện áp, dòng điện, công suất) nên đƣợc dùng để tính toán chế độ làm việc của LĐPPTA.
Nói chung, các phần tử chỉ có 2 trạng thái: Làm việc và không làm việc. Một số ít phần tử có nhiều trạng thái nhƣ: Hệ thống điều áp, tụ bù có điều khiển, mỗi trạng thái ứng với một khả năng làm việc. Một số phần tử có thể thay đổi trạng thái trong khi mang điện (dƣới tải) nhƣ: Máy cắt, áp tô mát, các thiết bị điều chỉnh dƣới tải. Một số khác có thể thay đổi khi cắt điện nhƣ: Dao cách ly, đầu phân áp cố định.
MBA và đƣờng dây nhờ các máy cắt có thể thay đổi trạng thái dƣới tải. Nhờ các thiết bị phân đoạn, đƣờng dây tải điện đƣợc chia thành nhiều phần tử của hệ thống điện. Không phải lúc nào các phần tử của lƣới phân phối cũng tham gia vận hành, một số phần tử có thể nghỉ vì lý do sự cố hoặc lý do kỹ thuật, kinh tế khác. Ví dụ tụ bù có thể bị cắt lúc phụ tải thấp để giữ điện áp, một số phần tử của lƣới không làm việc để LĐPPTA vận hành hở theo điều kiện tổn thất công suất nhỏ nhất.4 Cấu trúc của lưới điện trung áp Cấu trúc của LĐPPTA bao gồm cấu trúc tổng thể và cấu trúc vận hành [7][11].
LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 5 - Cấu trúc tổng thể: Là cấu trúc bao gồm tất cả các phần tử và sơ đồ lƣới đầy đủ. Muốn lƣới điện có độ tin cậy cung cấp điện cao thì cấu trúc tổng thể phải là cấu trúc thừa. Thừa về số phần tử, về khả năng tải của các phần tử, thừa về khả năng lập sơ đồ. Ngoài ra trong vận hành còn phải dự trữ các thiết bị thay thế và vật liệu để sửa chữa.
Trong một chế độ vận hành nhất định chỉ cần một phần của cấu trúc tổng thể là đủ đáp ứng nhu cầu, đa phần đó là cấu trúc vận hành. - Cấu trúc vận hành: Là một phần của cấu trúc tổng thể, có thể là một hay một vài phần tử của cấu trúc tổng thể và gọi đó là một trạng thái của lƣới điện. Cấu trúc vận hành bình thƣờng gồm các phần tử và các sơ đồ vận hành do ngƣời vận hành lựa chọn. Có thể có nhiều cấu trúc vận hành thỏa mãn điều kiện kỹ thuật, ngƣời ta phải chọn cấu trúc vận hành tối ƣu theo điều kiện kinh tế nhất (tổn thất nhỏ nhất).
Khi xảy ra sự cố, một phần tử đang tham gia vận hành bị hỏng thì cấu trúc vận hành bị rối loạn, ngƣời ta phải nhanh chóng chuyển qua cấu trúc vận hành sự cố bằng cách thay đổi các trạng thái phần tử cần thiết. Cấu trúc vận hành sự cố có chất lƣợng vận hành thấp hơn so với cấu trúc vận hành bình thƣờng. Trong chế độ vận hành sau sự cố có thể xảy ra mất điện phụ tải. Cấu trúc vận hành sự cố chọn theo độ an toàn cao và khả năng thao tác thuận lợi.
Ngoài ra, cấu trúc LĐPPTA còn có thể có các dạng nhƣ: - Cấu trúc tĩnh: Với cấu trúc này LĐPPTA không thể thay đổi sơ đồ vận hành. Khi cần bảo dƣỡng hay sự cố thì toàn bộ hoặc một phần LĐPPTA phải ngừng cung cấp điện. Cấu trúc dạng này chính là LĐPPTA hình tia không phân đoạn và hình tia phân đoạn bằng dao cách ly hoặc máy cắt. - Cấu trúc động không hoàn toàn: Trong cấu trúc này, LĐPPTA có thể thay đổi sơ đồ vận hành ngoài tải, tức là khi đó LĐPPTA đƣợc LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 6 cắt điện để thao tác.
Đó là lƣới điện trung áp có cấu trúc kín vận hành hở. - Cấu trúc động hoàn toàn: Đối với cấu trúc dạng này, LĐPPTA có thể thay đổi sơ đồ vận hành ngay cả khi lƣới đang trong trạng thái làm việc. Cấu trúc động đƣợc áp dụng là do nhu cầu ngày càng cao về độ tin cậy cung cấp điện. Ngoài ra cấu trúc động cho phép vận hành kinh tế LĐPPTA, trong đó cấu trúc động không hoàn toàn và cấu trúc động hoàn toàn mức thấp cho phép vận hành kinh tế lƣới điện theo mùa, khi đồ thị phụ tải thay đổi đáng kể.
Cấu trúc động ở mức cao cho phép vận hành lƣới điện trong thời gian thực. LĐPPTA trong cấu trúc này phải đƣợc thiết kế sao cho có thể vận hành kín trong thời gian ngắn để thao tác sơ đồ. Một số dạng sơ đồ cấu trúc LĐPPTA: - Lưới hình tia: Lƣới này có ƣu điểm là rẻ tiền nhƣng độ tin cậy rất thấp nhƣ Hình 1. - Lưới hình tia phân đoạn: Độ tin cậy cao hơn.
Phân đoạn lƣới phía nguồn có độ tin cậy cao do sự cố hay dừng điện công tác các đoạn lƣới phía sau, vì nó ảnh hƣởng ít đến các phân đoạn trƣớc (Hình 1. MC ĐD Nguồn P1 P2 P3 P4 P… Pn Hình 1.1: Sơ đồ lƣới phân phối hình tia. MC ĐD TBP Nguồn Đ P1 P2 P3 P4 P… Pn Hình 1.2: Sơ đồ lƣới phân phối hình tia có phân đoạn. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 7 - Lưới kín vận hành hở do một nguồn cung cấp (Hình 1.