chương 1: Hiện nay lưới điện phân phối tỉnh Quảng Ngãi nói chung và khu vực Tây Nam tỉnh Quảng Ngãi nói riêng đang dần được hiện đại hóa, việc thao tác đóng cắt các thiết bị trên lưới điện ngày càng linh hoạt, thuận tiện và nhanh chóng thông qua việc sử dụng các thiết bị điện tử thông minh (IEDs) để thu thập các dữ liệu từ xa nhằm mục đích quản lý vận hành lưới điện ngày càng được hiệu quả, năng suất lao động ngày càng tăng, thời gian mất điện ngày càng giảm và hướng đến mục tiêu năm 2020: thời gian mất điện của khách hàng tương đương các nước trong khu vực ≤ 400 phút/năm, tổn thất điện điện năng giảm ≤ 4,0% và mức độ hài lòng của khách hàng ≥ 8,20 điểm. 15 Để thực hiện được mục tiêu trên cần thực hiện đồng thời các giải pháp sau: - Đầu tư xây dựng các liên kết mạch vòng các xuất tuyến trung áp 22kV giữa các TBA 110kV khác nhau cũng như liên kết mạch vòng giữa các xuất tuyến trung áp 22kV trên cùng TBA 110kV trên nguyên tắc mạng kín nhưng vận hành hở. - Lắp đặt các thiết bị thông minh trên lưới điện để có thể thu thập được số liệu từ xa thông qua kết nối vô tuyến hoặc hữu tuyến. - Bổ sung và thay thế các thiết bị đóng cắt trên lưới điện có khả năng kết nối tự động thông qua các thiết bị đầu cuối từ xa RTU.
- Tính toán phân đoạn tuyến đường dây lưới điện phân phối theo yêu cầu của phụ tải. - Tính toán và cài đặt các thông số trong phối hợp bảo vệ của các thiết bị đóng cắt phân đoạn trên lưới điện. - Áp dụng kết hợp đồng bộ các công nghệ tự động hóa lưới điện phân phối hiện nay như DAS, SCADA,… Trong chương 2 sẽ giới thiệu các phương pháp hiện nay đang áp dụng trên lưới điện phân phối nhằm liên kết và tự động hóa mạch vòng giữa các xuất tuyến trung áp để thực hiện khắc phục nhân sự cố, nâng cao được độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện phân phối. 16 CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP LIÊN KẾT VÀ TỰ ĐỘNG HÓA MẠCH VÒNG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 2.
Sự cần thiết và các thiết bị tự động bảo vệ trên LĐPP [1] Hiện nay sơ đồ kết lưới cơ bản của lưới điện phân phối Tây Nam tỉnh Quảng Ngãi chủ yếu là mạch hình tia và một số mạch liên lạc giữa các xuất tuyến trung áp 22kV với nhau nhưng vận hành hở giữa hai nguồn hoặc hai tuyến cùng một nguồn cung cấp và sử dụng phối hợp thiết bị bảo vệ với nhau. Mạch vòng các xuất tuyến trung áp được liên kết với nhau bằng các thiết bị như dao cắt có tải LBS (Load Break Switch), máy cắt tự đóng lại REC (Automatic Circuit Recloser), dao cách ly đường dây DS (Disconnector Switch), hoặc thiết bị nối mạch vòng RMU (Ring Main Unit) đối với đường dây cáp ngầm,…. Qua thực tế vận hành thì khi cần sửa chữa hoặc xử lý sự cố trên các tuyến đường dây thì việc cung cấp điện cho các phụ tải không nằm trong khu vực sự cố sẽ được tái xác lập nhờ chuyển đổi thủ công nguồn cung cấp bằng cách thao tác đóng cắt các thiết bị phân đoạn hay các thiết bị nối mạch vòng theo phương thức vận hành quy định nhưng mất rất nhiều thời gian và công sức của đơn vị quản lý vận hành lưới điện. Đến thời điểm hiện tại toàn bộ các xuất tuyến 22kV Tây Nam tỉnh Quảng Ngãi đều có khả năng khép vòng và hổ trợ đóng cắt liên lạc qua lại với nhau khi cần thiết.
Tuy nhiên để đảm bảo đạt mục tiêu đến năm 2020 độ tin cậy cung cấp điện phải ngang bằng các nước trong khu vực ASEAN cần phải đầu tư xây dựng, cải tạo các tuyến đường dây trung áp nhằm kết nối mạch vòng giữa các trạm biến áp 110kV khác nhau hoặc giữa các xuất tuyến trung áp cùng trạm biến áp 110kV với nhau, thay thế ngay các thiết bị đóng cắt liên lạc giữa các xuất tuyến và tại các phân đoạn đang đóng cắt thủ công bằng các thiết bị có thể thao tác đóng cắt từ xa để giảm thời gian mất điện, đảm bảo đến năm 2020 đáp ứng theo tiêu chí N-1, N-2 và lưới điện phân phối vận hành tự động hóa ở một mức độ nhất định. Phương pháp liên kết tự động hóa mạch vòng công nghệ DAS 2. Tự động hóa mạch vòng [3] 2. Ý nghĩa Liên kết tự động hóa mạch vòng của lưới điện có chức năng quan trọng là phục hồi lại cấu trúc lưới điện như ban đầu khi sự cố đã được khắc phục,….
Tự động hóa lưới phân phối mang lại nhiều ưu điểm và khắc phục các nhược điểm khi cung cấp điện cũng như giảm được thời gian mất điện cho các khách hàng sử dụng như: khả năng tự động cô lập điểm sự cố, tự động khôi phục sự cố khi ngắn mạch thoáng qua và đồng thời tự động cung cấp điện dự phòng cho các phụ tải, nhất là các phụ tải quan trọng. Như vậy bằng cách đóng nhanh nguồn dự phòng để thay thế nguồn làm việc bị cắt do 17 sự cố sẽ giải trừ được những khuyết điểm nêu trên. Việc thực hiện thao tác đóng nhanh nguồn dự trử như vậy gọi là liên kết tự động hóa mạch vòng. Liên kết tự động hóa mạch vòng còn có một chức năng quan trọng khác đó là phục hồi lại cấu trúc lưới khi sự cố được khắc phục, bởi vì đóng nguồn dự phòng để cấp cho các phân đoạn không sự cố chỉ là một giải pháp tạm thời, vì nếu duy trì lâu dài hiện trạng lưới điện như vậy sẽ phát sinh các vấn đề khác như: tổn thất công suất, quá tải, phối hợp bảo vệ mà các đơn vị quản lý vận hành lưới điện khó có thể giải quyết được.
Hiện nay việc triển khai áp dụng mô hình liên kết tự động hóa mạch vòng đồng nghĩa với việc lắp đặt các thiết bị thông minh trên các xuất tuyến chính như: máy cắt có tích hợp TĐL, recloser, sectionalizer, rơle số, dao cắt có tải LBS,… Tuy nhiên, khi lắp đặt và phối hợp các thiết bị với nhau để tạo thành mạng lưới bảo vệ cho xuất tuyến thì việc chọn các thông số chỉnh định như tính toán lý thuyết và áp dụng ngoài thực tế đôi khi không đảm bảo độ nhạy và bậc thời gian Δt giữa các hai đường đặc tuyến bảo vệ. Các mô hình cơ bản của liên kết tự động hóa lưới điện phân phối Hiện nay việc tự động hóa lưới điện phân phối đang có 02 xu hướng được áp dụng phổ biến gồm: - Hệ thống tự động hóa lưới điện tập trung (Centralizel Automation). - Hệ thống tự động hóa lưới điện phân tán (Decentralizel Automation). Hệ thống tự động hóa lưới điện tập trung (Centralizel Automation) Đối với hệ thống tự động hóa tập trung này (Hình 2.1) thì toàn bộ các phần tử trên lưới điện phân phối sẽ do 01 trung tâm điều hành, việc này cần một hệ thống thông tin mạnh, làm việc tin cậy làm cơ sở cho việc thu nhận và xử lý thông tin nhận được trong lưới điện phân phối.
Việc điều khiển sẽ dựa trên các thiết bị thu thập dữ liệu đặt tại các trạm 110kV và các thiết bị bảo vệ trên lưới điện với yêu cầu ở mức cao, tin cậy.1: Mô hình tự động hóa tập trung Hình 2.2: Sơ đồ triển khai tự động hóa tập trung 18 Như sơ đồ triển khai tự động hóa tập trung (Hình 2.2) đơn giản gồm có một xuất tuyến với máy cắt đầu xuất tuyến và một số dao cách ly phụ tải tự động ở các phân đoạn trên tuyến. Trong công tác quản lý vận hành mọi thông tin tại máy cắt cũng như tại các dao cách ly trên toàn bộ tuyến đường dây của lưới điện phân phối đều được thu nhận và đưa về xử lý tại trung tâm điều khiển, các lệnh thao tác đóng cắt máy cắt hay dao cách ly ở tình trạng làm việc bình thường hay sự cố đều xuất phát thống nhất từ trung tâm điều khiển tập trung để có được một chế độ vận hành tối ưu nhất. Khi có sự cố ở một phân đoạn sau dao cách ly, trung tâm điều khiển sẽ nhận biết và xử lý theo trình tự: - Cắt máy cắt, cắt dao cách ly ở phân đoạn tương ứng. - Đóng lại máy cắt để phục hồi xuất tuyến hoặc cấp điện từ một nguồn khác theo tính toán vận hành tối ưu của lưới điện đó.
- Tổng hợp các đặc điểm của hệ thống tự động tập trung gồm các điểm sau: + Máy cắt đầu xuất tuyến tại trạm biến áp 110kV được điều khiển để cắt ngắn mạch cho toàn xuất tuyến. + Trên toàn bộ xuất tuyến sẽ bị mất điện trong thời gian ngắn. + Độ nhạy của bảo vệ dòng pha và dòng chạm đất sẽ xác định bởi trị số chỉnh định của bảo vệ tại máy cắt. + Hệ thống thông tin phải thu nhận đầy đủ dữ kiện từ lưới điện phân phối và có độ tin cậy tuyệt đối (100%) để đảm bảo trung tâm điều độ điều khiển được mọi thao tác trong việc xử lý sự cố.
+ Dao cách ly phụ tải chỉ được mở ra trong thời gian tuyến đường dây mất điện hay chỉ có dòng phụ tải bé chạy qua. Hệ thống tự động hóa lưới điện phân tán (Decentralizel Automation) Tận dụng và sử dụng tính thông minh của các thiết bị bảo vệ tại chỗ để cách ly phần tử bị sự cố. Việc sử dụng các recloser trong lưới điện phân phối vận hành độc lập với hệ thống thông tin liên lạc (Hình 2.3) cho phép cô lập sự cố tự động và cải thiện độ tin cậy trong cả trường hợp sự cố tạm thời hay sự cố vĩnh cửu (kéo dài). Mục đích của thông tin trong hệ tự động hóa phân tán là cung cấp trị số đo lường hệ thống cần thiết và thu thập dữ liệu trên cơ sở thời gian thực để có được tối ưu hóa hệ thống lưới điện trong tình trạng làm việc bình thường hay quá độ sau sự cố.3: Mô hình tự động hóa phân tán 19 TC 22kV Hình 2.4: Sơ đồ triển khai tự động hóa phân tán Như (Hình 2.4) sơ đồ triển khai tự động hóa phân tán trên, khi có sự cố tại điểm N thì Recloser 2 sẽ được cắt ra cô lập điểm sự cố để duy trì trạng thái làm việc bình thường cho hai phân đoạn còn lại.
Các thiết bị bảo vệ như Recloser hay máy cắt phân đoạn được sử dụng trên lưới điện phân phối sẽ phối hợp với nhau đảm nhận việc xử lý sự cố nhanh và chọn lọc, chỉ có khu vực chịu ảnh hưởng của sự cố bị mất điện thoáng qua.