Nghiên Cứu Đề Xuất Giải Pháp Tự Động Hóa Lưới Điện Phân Phối Tại Thành Phố Hạ Long, Tỉnh Quảng Ninh

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật phân tích nghiên cứu đề xuất giải pháp tự động hóa lưới điện phân phối thành phố hạ long tỉnh quảng ninh, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất

• Tác giả: Hoàng Đức Việt
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Hiền Trung
• Trường học: Đại học Thái Nguyên - Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
• Đề tài: Nghiên cứu đề xuất giải pháp tự động hóa lưới điện phân phối thành phố Hạ Long tỉnh Quảng Ninh
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Thái Nguyên

Tóm tắt

I. Giới thiệu chung về lưới điện phân phối tại Hạ Long Quảng Ninh

Lưới điện phân phối tại Hạ Long, Quảng Ninh hiện đang vận hành với ba cấp điện áp chính: 35kV, 22kV và 6kV. Hệ thống này được cung cấp điện từ bốn nguồn chính là các trạm 110kV Cái Lân, Giếng Đáy, Giáp Khẩu và Hà Tu. Lưới điện phân phối tại đây đang đối mặt với nhiều thách thức như sự gia tăng nhanh chóng của nhu cầu phụ tải, sự cạn kiệt tài nguyên và các vấn đề môi trường. Điều này dẫn đến việc thiếu hụt nguồn điện và các sự cố thường xuyên xảy ra, gây ảnh hưởng đến độ tin cậy cung cấp điện.

1.1. Hiện trạng lưới điện phân phối

Lưới điện phân phối tại Hạ Long bao gồm các đường dây trên không và cáp ngầm với tổng chiều dài lên đến 382,06 km. Trong đó, đường dây trên không chiếm 313,82 km, bao gồm các cấp điện áp 35kV, 22kV và 6kV. Các trạm biến áp phân phối chủ yếu là trạm xây, trạm treo và trạm cột, với một số trạm kiosk được xây dựng tại các khu vực đô thị. Tuy nhiên, các trạm kiosk này gặp nhiều vấn đề trong vận hành do không phù hợp với khí hậu nhiệt đới.

1.2. Thống kê sự cố lưới điện

Trong giai đoạn 2010-2014, lưới điện phân phối tại Hạ Long đã ghi nhận nhiều sự cố vĩnh cửu trên các đường dây trên không và cáp ngầm. Các sự cố này chủ yếu do nguyên nhân tự nhiên, hư hỏng thiết bị và sai sót trong vận hành. Điều này đã gây ra những tổn thất lớn về kinh tế và ảnh hưởng đến chất lượng điện năng cung cấp cho người dân.

II. Hệ thống tự động phân phối điện DAS

Hệ thống tự động phân phối điện (DAS) là giải pháp công nghệ hiện đại nhằm nâng cao độ tin cậy và hiệu quả vận hành của lưới điện phân phối. Hệ thống này bao gồm các thiết bị tự động như Autorecloser và dao phân đoạn tự động, giúp giảm thiểu thời gian mất điện và tối ưu hóa quá trình vận hành. Công nghệ tự động hóa này đang được áp dụng rộng rãi trên thế giới và mang lại nhiều lợi ích thiết thực.

2.1. Nguyên lý hoạt động của DAS

Hệ thống tự động phân phối điện (DAS) hoạt động dựa trên nguyên lý phát hiện và xử lý sự cố tự động. Khi xảy ra sự cố, hệ thống sẽ tự động cô lập khu vực bị ảnh hưởng và chuyển tải sang các đường dây khác, giảm thiểu thời gian mất điện. Các thiết bị như Autorecloser và dao phân đoạn tự động đóng vai trò quan trọng trong việc thực hiện quá trình này.

2.2. So sánh các phương pháp tự động hóa

Có nhiều phương pháp tự động hóa khác nhau được áp dụng trong lưới điện phân phối, bao gồm hệ thống tự động đóng lại và hệ thống tự động phân phối. Mỗi phương pháp có ưu nhược điểm riêng, tùy thuộc vào điều kiện cụ thể của lưới điện. Việc lựa chọn phương pháp phù hợp sẽ giúp tối ưu hóa hiệu quả vận hành và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện.

III. Chỉ tiêu độ tin cậy của hệ thống phân phối điện

Độ tin cậy của hệ thống phân phối điện là yếu tố quan trọng quyết định chất lượng điện năng cung cấp cho người dân. Các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy bao gồm tần suất mất điện trung bình (SAIFI), thời gian mất điện trung bình (SAIDI) và năng lượng không được cung cấp (ENS). Việc áp dụng công nghệ tự động hóa như DAS sẽ giúp cải thiện các chỉ tiêu này, từ đó nâng cao chất lượng dịch vụ điện.

3.1. Các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy

Các chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy của hệ thống phân phối điện bao gồm SAIFI, SAIDI, CAIDI và ENS. Những chỉ tiêu này phản ánh tần suất và thời gian mất điện, cũng như lượng điện năng không được cung cấp do sự cố. Việc cải thiện các chỉ tiêu này là mục tiêu quan trọng của các giải pháp tự động hóa.

3.2. Tính toán hiệu quả kinh tế

Việc áp dụng công nghệ tự động hóa trong lưới điện phân phối không chỉ nâng cao độ tin cậy mà còn mang lại hiệu quả kinh tế đáng kể. Các mô hình tính toán hiệu quả kinh tế cho thấy, việc đầu tư vào các thiết bị tự động như Autorecloser và dao phân đoạn tự động sẽ giúp giảm thiểu tổn thất điện năng và chi phí vận hành.

IV. Áp dụng hệ thống tự động phân phối điện tại Hạ Long

Việc áp dụng hệ thống tự động phân phối điện (DAS) tại Hạ Long đã mang lại nhiều kết quả tích cực. Các thiết bị tự động như Autorecloser và dao phân đoạn tự động đã giúp giảm thiểu thời gian mất điện và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện. Đây là bước đi quan trọng trong việc hiện đại hóa lưới điện phân phối tại địa phương.

4.1. Kết quả thử nghiệm tại lộ 476 E54

Tại lộ 476 E54, việc lắp đặt Autorecloser và dao phân đoạn tự động đã giúp giảm đáng kể thời gian mất điện. Kết quả thử nghiệm cho thấy, các chỉ số tin cậy của đường dây đã được cải thiện rõ rệt, đồng thời hiệu quả kinh tế cũng được nâng cao.

4.2. Hiệu quả kinh tế và kỹ thuật

Việc áp dụng công nghệ tự động hóa trong lưới điện phân phối tại Hạ Long không chỉ nâng cao độ tin cậy mà còn mang lại hiệu quả kinh tế đáng kể. Các tính toán cho thấy, việc đầu tư vào các thiết bị tự động sẽ giúp giảm thiểu tổn thất điện năng và chi phí vận hành, từ đó tối ưu hóa hiệu quả kinh tế.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THÀNH PHỐ HẠ LONG 1. Đặc điểm lưới điện phân phối hiện tại của thành phố Hạ Long 1. Hiện trạng lưới điện phân phối Hiện tại lưới điện phân phối thành phố Hạ Long đang được vận hành với 3 cấp điện áp 35kV, 22kV, 6kV. Trong đó lưới điện 22kV mới được đưa vào vận hành từ năm 2001 theo dự án cải tạo lưới điện 3 tỉnh thành là Nghệ An, Quảng Ninh và Thái Nguyên thuộc nguồn vốn vay ODA và ADB của Tổng công ty Điện lực Miền Bắc.

Lưới điện phân phối Các phụ tải tiêu thụ của thành phố Hạ Long được cung cấp điện từ 4 nguồn điện 110kV sau: - Trạm 110kV Cái Lân (E5.11) có 02 MBA, T1 công suất 25MVA và T2 công suất 25MVA, điện áp 110/22-6kV, cấp điện cho phụ tải thuộc khu vực Cái Lân và Bãi Cháy. Các xuất tuyến trung thế gồm 04 xuất tuyến 22kV (471, 473, 475, 477), trạm không có xuất tuyến ở cấp điện áp 6kV, công suất cực đại của trạm là 32 MW. - Trạm 110kV Giếng Đáy (E.54) gồm 02 MBA có công suất (63+63)MVA, điện áp 110/35/22kV và 110/35/6kV. Phía 35kV của 2MBA được hòa song song với nhau và cấp điện cho 04 lộ xuất tuyến (371, 372, 373, 374); phía 22kV của MBA 63MVA cấp điện cho 8 lộ xuất tuyến (472, 474, 476, 478, 480, 482, 484, 486), trạm không có xuất tuyến 6kV, công suất cực đại của trạm là 60MW.

- Trạm 110kV Giáp Khẩu (E.52) gồm 02 MBA có công suất (63+25)MVA, điện áp 110/35/22kV và 110/35/10kV. Phía 35kV của MBA 25MVA cấp điện cho 1 lộ 372 đi về trạm cắt Hà Tu để cấp điện cho các trạm biến áp 35kV của mỏ than Hà Tu, trạm cắt Hà Tu cũng được nối liên thông với phía 35kV của trạm 110kV Hà Tu. Phía 22kV của máy biến áp 63MVA cấp điện cho 8 lộ xuất tuyến (471, 473, 475, 477, 479, 481, 483, 485), 02 lộ 10kV 971 và 972, công suất cực đại của trạm là 48MW. 5 - Trạm 110kV Hà Tu (E5.10) gồm 02 MBA có công suất (63+25)MVA, điện áp 110/35/22kV.

Phía 35kV của trạm cấp điện cho 1 lộ 371 đi về trạm cắt Hà Tu để cấp điện cho các trạm biến áp 35kV của mỏ than Hà Tu và nối liên thông với phía 35kV của trạm 110kV Giáp Khẩu, phía 22kV của trạm cấp điện cho 3 lộ xuất tuyến (471, 473, 475), công suất cực đại của trạm là 50 MW. Bảng 1-1: Thông số kỹ thuật các trạm nguồn 110kV Công suất Điện áp Pmax/ Pmin TT Tên trạm (MVA) (kV) (MW) T1 25 110/22/6 33/ 11 1 Cái Lân (E5.11) T2 25 110/22/6 T1 63 110/35/22 2 Giếng Đáy (E54) 60/35 T2 63 110/35/6 T1 40 110/35/22 3 Giáp Khẩu (E52) 50/28 T2 25 110/35/6 T1 63 110/35/22 4 Hà Tu (E5.10) 48/ 25 T2 25 110/35/22 (Nguồn: Công ty Điện lực Quảng Ninh cung cấp12/2014) Lưới điện trung thế 6, 22, 35kV Tổng chiều dài đường dây trung thế : 382,06 km. Trong đó : + Đường dây trên không : 313,82 km ( đường dây 35 kV : 67km ; đường dây 22kV : 234,82 km ; đường dây 6 kV : 12 km). Bảng 1-2: Tài sản lưới điện của Điện lực và Khách hàng Khối lượng đường dây (km) TT Hạng mục Trên không Cáp ngầm Tổng 1 Đường dây trung thế 349,42 (90%) 68,24 (100%) 417,66 a Tài sản của Điện lực 313,82 68,24 382,56 b Tài sản của khách hàng 35,6 0 35,6 (Nguồn Điện lực thành phố Hạ Long - tháng 12/2014) 6 1.

Trạm biến áp phân phối Các trạm biến áp phân phối chủ yếu gồm các loại trạm xây, trạm treo, trạm cột. Ngoài ra còn có một số trạm kiosk được xây dựng tại các khu vực chật hẹp và yêu cầu cao về mỹ quan đô thị nhưng kiểu trạm biến áp kiosk này chưa phù hợp với khí hậu nhiệt đới nên trong công tác vận hành vẫn còn nhiều bất cập đặc biệt trong mùa nắng nóng, nhiệt độ trong trạm có lúc lên đến 70-800C. Bảng 1-3: Khối lượng trạm biến áp trung thế TP Hạ Long hiện có TT Hạng mục Số TBA Số máy MBA Tổng KVA 1 Trạm 35/6kV 8 13 28 200 Trong đó: - Ngành điện quản lý 1 1 1.800 - Khách hàng quản lý 7 12 26 400 2 Trạm 35/0,4kV 13 14 4.775 Trong đó: - Ngành điện quản lý 10 10 2.695 - Khách hàng quản lý 3 4 2.970 Trong đó: - Ngành điện quản lý 361 364 107.450 - Khách hàng quản lý 327 336 81.520 4 Trạm 6/0,4kV 18 18 4 960 Trong đó: - Ngành điện quản lý 12 12 2 750 - Khách hàng quản lý 6 6 3370 5 Tổng cộng 727 745 226.905 Trong đó: - Ngành điện quản lý 384 387 114695 - Khách hàng quản lý 343 358 112210 (Khối lượng có tới tháng 12/2014- Điện lực TP Hạ Long cung cấp) 7 Bảng 1-4: Danh mục trạm trung gian hiện có trên địa bàn TP Hạ Long Công suất Điện áp TT Tên trạm (MVA) (kV) Tổng dung lượng 28.200 1 TG Yên Cư 1800 35/6 2 TG Than Thành Công 1600 22/6 3 TG Mỏ Hà Lầm 2x2500 35/6 4 TG Mỏ Núi Béo 2x2400 35/6 5 TG Mỏ Hà Tu 2x2500 35/6 6 XN Sàng tuyển than 2x1600 35/6 7 KS Hoàng Gia 2500 35/6 8 XN Xăng dầu Quảng Ninh 2x1600 35/6 (Khối lượng có tới tháng 12/2014- Điện lực Hạ Long cung cấp) 1. Tình hình sử dụng thiết bị đóng cắt Hiện nay lưới điện thành phố Hạ Long chủ yếu là lưới 22kV chiếm 80% do vậy các thiết bị đóng cắt chủ yếu là sử dụng dao cách ly và dao phụ tải tại nhiều đường dây và trạm biến áp phân phối 22kV lắp đặt thiết bị mở vòng chính (Ring main Unit - RMU).

Ngoài ra còn có sử dụng các thiết bị đóng cắt khác được thể hiện trong các bảng sau. Bảng 1-5: Số lượng dao cách ly đang quản lý vận hành Điện áp Tài sản điện lực Tài sản khách hàng Tổng Điện áp 35 kV 8 8 16 Điện áp 22 kV 83 63 146 Điện áp 10 kV 0 2 2 Điện áp 6 kV 11 9 20 Tổng 102 82 184 (Nguồn Điện lực thành phố Hạ Long - tháng 12/2014) 8 Bảng 1-6: Số lượng dao phụ tải đang quản lý vận hành Điện áp Tài sản điện lực Tài sản khách hàng Tổng Điện áp 35 kV 4 3 7 Điện áp 22 kV 33 27 60 Điện áp 10 kV 0 0 0 Điện áp 6 kV 0 0 0 Tổng 37 30 67 (Nguồn Điện lực thành phố Hạ Long - tháng 12/2014) Bảng 1-7: Số lượng tủ RMU đang quản lý vận hành Điện Tài sản Điện Lực Tài sản của khách hàng Tổng áp Merlingerin ABB Siemens Khác Merlingerin ABB Siemens Khác 35kV 4 0 0 0 0 6 0 0 10 22kV 0 0 0 0 0 0 0 11 11 6kV 0 0 0 3 6 0 0 0 9 Tổng 4 0 0 3 6 6 0 11 30 (Nguồn Điện lực thành phố Hạ Long - tháng 12/2014) Bảng 1-8: Số lượng chống sét đang quản lý vận hành Tài sản Điện lực Tài sản khách hàng Điện áp Tổng ZnO Có khe hở ZnO Có khe hở 35kV 6 4 7 3 20 22kV 442 0 327 0 769 10kV 0 0 0 0 0 6 kV 6 0 0 6 12 Tổng 454 4 334 9 801 (Nguồn Điện lực thành phố Hạ Long - tháng 12/2014) 9 Bảng 1-9: Số lượng cầu chì tự rơi (SI) đang quản lý vận hành Tài sản điện lực Tài sản khách hàng Điện áp SI SI đo SI SI đo Tổng SI TBA SI TBA nhánh đếm nhánh đếm 35kV 10 6 4 7 0 0 27 22kV 364 12 0 336 6 7 725 10kV 0 0 0 0 0 0 0 6 kV 12 0 0 6 0 0 18 Tổng 386 18 4 349 6 7 770 (Nguồn Điện lực thành phố Hạ Long - tháng 12/2014) *) Nhận xét về hiện trạng lưới điện trung thế Lưới điện trung thế hiện tại của thành phố Hạ Long gồm 3 cấp điện áp 35kV, 22kV và 6kV, chủ yếu là lưới điện 22kV. Lưới điện 35 kV hiện nay cung cấp điện cho các phụ tải chuyên dùng ngành Than (khu vực Hòn Gai) và một số phụ tải cảng biển, sản xuất vật liệu xây dựng (khu vực Bãi Cháy, Hà Khẩu). Lưới điện 6kV chỉ còn một phần nhỏ phía Tây Bãi Cháy, trên địa bàn các xã Đại Yên, Việt Hưng, nhận điện từ trạm Trung Gian Yên Cư (Yên Hưng) và trạm TG Đồng Đăng (xã Việt Hưng).

Lưới điện 22kV hiện nay đã trải rộng trên hầu hết địa bàn thành phố trên cả hai khu vực Hòn Gai và Bãi Cháy. Hệ thống điện 22kV thành phố đang dần được ngầm hóa nhằm đảm bảo mỹ quan đô thị, xây dựng Hạ Long trở thành một thành phố du lịch hiện đại, xanh, sạch đẹp. Tỷ lệ ngầm hóa lưới điện 22kV TP. Hạ Long hiện nay đạt 32%, trong đó khu vực nội thành, trung tâm hành chính đã được ngầm hóa tương đối, đường dây nổi chỉ còn ở các phường xã phía ngoài và một số khu vực của các phường nội thành.

Tình hình sử dụng hiện tại Theo số liệu thống kê, diễn biến tiêu thụ điện năng qua các năm từ năm 2008 trở lại đây điện năng thương phẩm năm sau đều cao hơn năm trước. Các mức tăng 10 này tập trung vào chủ yếu ở các thành phần ánh sáng sinh hoạt, công nghiệp và thương mại dịch vụ. Qui luật này phù hợp với cơ chế thị trường và chính sách đổi mới của nền kinh tế thành phố Hạ Long. Diễn biến tiêu thụ điện năng của thành phố qua các năm qua cho thấy giai đoạn từ năm 2010 - 2014 : Điện thương phẩm năm 2014 là 548,6 triệu kwh trong đó: Nông lâm thủy sản : 0,5 triệu kwh, tỷ trọng 0,1 % ; tăng trưởng hàng năm 27,6%.

Công nghiệp xây dựng : Tiêu thụ 304,6 triệu kwh, tỷ trọng 55,7 %, tăng trưởng hàng năm 24,6% Dịch vụ và thương mại : Tiêu thụ 67,3 triệu kwh, tỷ trọng 12,3 %, tăng trưởng hàng năm 18,66%. Quản lý và tiêu dùng dân cư : Tiêu thụ 157,1 triệu kwh, tỷ trọng 28,74%, tốc độ tăng trưởng hàng năm 7,6 %. Hoạt động khác : Tiêu thụ 17,3 triệu kwh, tỷ trọng 3,16 %, tốc độ tăng trưởng hàng năm 7,9%. Điện năng tiêu thụ Thành phố từ năm 2010 đến 2014 được thống kê trong bảng sau: Bảng 1-10: Tình hình sử dụng điện năng của TP giai đoạn 2010 - 2014 Đơn vị tính: Triệu kW Tăng Ngành 2010 2011 2012 2013 2014 trưởng 10-14 Nông, lâm, thuỷ 0,21 0,4 0,4 0,5 0,5 27,6 % Công nghiệp, Xây dựng 181,4 162,5 258,3 281,3 304,6 24,6% Thương mại, dịch vụ 34,8 31,1 55,2 61,8 67,3 18,66% Q.