Luận văn: Nâng cao hiệu quả vận hành lưới điện 35kV và thủy điện Nậm Chiến 3

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật nghiên cứu hay nghiên cứu cải thiện kết quả vận hành lưới điện 35kv và thủy điện nhỏ nặm chiến 3 huyện mường la, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên

• Tác giả: Lường Anh Tuấn
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Duy Cương
• Trường học: Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp - Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện
• Đề tài: Nghiên cứu nâng cao hiệu quả vận hành lưới điện 35 kV và thủy điện nhỏ Nậm Chiến 3 huyện Mường La
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sỹ
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Thái Nguyên

Tóm tắt

I. Tổng quan luận văn vận hành lưới điện 35kV Mường La

Luận văn thạc sĩ khoa học của tác giả Lường Anh Tuấn trình bày một nghiên cứu chuyên sâu về việc nâng cao hiệu quả vận hành hệ thống điện tại huyện Mường La, tỉnh Sơn La. Công trình tập trung vào thực trạng và giải pháp cho lưới điện trung áp 35kV, đặc biệt là sự tương tác với nhà máy thủy điện vừa và nhỏ như Nậm Chiến 3. Bối cảnh nghiên cứu là một khu vực miền núi với đặc thù lưới điện trải dài, thiếu đồng bộ và phụ tải điện huyện Mường La chủ yếu là sinh hoạt, không ổn định. Sự xuất hiện của các nguồn điện phân tán, điển hình là thủy điện nhỏ, đã làm thay đổi cấu trúc và phương thức vận hành truyền thống. Nghiên cứu này không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn mang ý nghĩa thực tiễn to lớn, cung cấp cơ sở khoa học cho Công ty Điện lực Sơn La trong việc quy hoạch, cải tạo và điều độ hệ thống điện hiệu quả hơn. Mục tiêu chính là giảm tổn thất điện năng lưới 35kv, cải thiện chất lượng điện năng và đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cho người dân. Luận văn sử dụng các công cụ phân tích hiện đại để mô phỏng và đưa ra các kịch bản vận hành tối ưu, tạo tiền đề cho việc kết nối lưới điện quốc gia một cách ổn định và bền vững.

1.1. Hiện trạng sơ đồ lưới điện Sơn La và huyện Mường La

Hệ thống điện tại các tỉnh miền núi như Sơn La được xây dựng qua nhiều giai đoạn, dẫn đến tình trạng thiếu đồng bộ. Luận văn chỉ rõ, sơ đồ lưới điện Sơn La, đặc biệt là tại Mường La, bao gồm các đường dây 35kV kéo dài, cung cấp cho các trạm biến áp phân bố rải rác. Cấu trúc này, kết hợp với địa hình phức tạp, gây ra nhiều khó khăn trong quản lý và vận hành hệ thống điện. Tiết diện dây dẫn ở một số đoạn không còn phù hợp khi phụ tải tăng trưởng và các nguồn điện mới được đấu nối. Đặc điểm này là nguyên nhân chính gây ra sụt áp lớn ở cuối nguồn và làm gia tăng tổn thất kỹ thuật. Việc cải tạo và xây dựng thêm các trạm biến áp trung gian đã làm thay đổi phân bố công suất so với thiết kế ban đầu, đòi hỏi phải có những đánh giá và tính toán lại một cách toàn diện để đảm bảo hệ thống vận hành an toàn và kinh tế.

1.2. Vai trò thủy điện nhỏ Nậm Chiến 3 trong hệ thống điện

Thủy điện Nậm Chiến 3, với công suất 2x1,55 MW, là một nguồn điện phân tán quan trọng được kết nối vào lộ 371 của lưới điện 35kV Mường La. Các nhà máy thủy điện vừa và nhỏ như Nậm Chiến 3 có vai trò hai mặt. Một mặt, chúng góp phần cung cấp nguồn điện tại chỗ, giảm tải cho lưới truyền tải và có khả năng cải thiện điện áp tại các khu vực xa. Mặt khác, chế độ vận hành thụ động, phụ thuộc vào mùa nước và việc vận hành hồ chứa thủy điện có thể gây ra những biến động về công suất và điện áp. Nếu không được điều độ hợp lý, sự thay đổi đột ngột trong công suất phát có thể ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng điện năng và sự ổn định hệ thống điện. Nghiên cứu của luận văn tập trung vào việc biến thủy điện nhỏ từ một yếu tố bị động thành một công cụ chủ động để tối ưu hóa lưới điện phân phối.

1.3. Mục tiêu luận văn kỹ thuật điện Nâng cao chất lượng

Mục tiêu cốt lõi của luận văn kỹ thuật điện này là đề xuất các giải pháp khả thi để nâng cao hiệu quả vận hành. Cụ thể, nghiên cứu hướng đến việc giảm thiểu tổn thất điện năng, một trong những chỉ tiêu kinh tế-kỹ thuật quan trọng của ngành điện. Đồng thời, việc đảm bảo chất lượng điện năng, đặc biệt là giữ điện áp trong giới hạn cho phép (±5% theo quy định), là ưu tiên hàng đầu để bảo vệ thiết bị của khách hàng và nâng cao sự hài lòng. Cuối cùng, luận văn tìm kiếm các phương thức vận hành để tăng cường độ tin cậy cung cấp điện, giảm thời gian và tần suất mất điện, đặc biệt trong các tình huống sự cố. Để đạt được các mục tiêu này, tác giả đã sử dụng phần mềm chuyên dụng để mô hình hóa và phân tích sâu các kịch bản khác nhau, từ đó tìm ra phương án tối ưu nhất.

II. Thách thức vận hành lưới điện 35kV và thủy điện Nậm Chiến

Việc vận hành hệ thống điện tại Mường La đối mặt với nhiều thách thức cố hữu và phát sinh. Luận văn đã chỉ ra một cách hệ thống những bất cập này. Thứ nhất, cấu trúc lưới hình tia, dài và tiết diện dây dẫn không đồng bộ gây ra tổn thất lớn và sụt áp nghiêm trọng. Thứ hai, sự tích hợp của các nguồn thủy điện nhỏ như Nậm Chiến 3 vào một lưới điện chưa được thiết kế để tiếp nhận nguồn phân tán đã tạo ra những vấn đề phức tạp trong điều độ hệ thống điện. Chế độ vận hành của các nhà máy này thường thụ động, "bám lưới", gây ra các dao động điện áp không mong muốn. Dẫn chứng từ luận văn nêu rõ: "chính sách phát triển nguồn năng lượng tái tạo kết nối lưới cũng có tác động mạnh đến cấu trúc lưới và thay đổi các phương thức vận hành". Hơn nữa, phụ tải điện huyện Mường La không ổn định, chủ yếu là sinh hoạt với đỉnh-đáy chênh lệch lớn, càng làm bài toán cân bằng công suất và điều chỉnh điện áp trở nên khó khăn. Những thách thức này đòi hỏi một phương pháp tiếp cận mới, dựa trên phân tích và mô phỏng chi tiết để tìm ra giải pháp tối ưu hóa lưới điện phân phối.

2.1. Vấn đề tổn thất và chất lượng điện năng lưới 35kV

Một trong những vấn đề nghiêm trọng nhất được phân tích là tổn thất điện năng lưới 35kv ở mức cao. Nguyên nhân là do các đường dây quá dài và tiết diện dây dẫn ở một số đoạn không đủ đáp ứng nhu cầu truyền tải, đặc biệt vào giờ cao điểm. Bên cạnh tổn thất, chất lượng điện năng cũng là một mối quan ngại lớn. Điện áp ở cuối các nhánh rẽ thường xuyên giảm xuống dưới mức cho phép, ảnh hưởng đến hoạt động của các thiết bị điện. Ngược lại, khi phụ tải thấp và các nhà máy thủy điện phát công suất cao, điện áp lại có xu hướng tăng vọt, gây nguy cơ hư hỏng thiết bị. Tình trạng này không chỉ làm giảm hiệu quả kinh doanh của Công ty Điện lực Sơn La mà còn ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống và sản xuất của người dân, đòi hỏi phải có các giải pháp can thiệp kịp thời.

2.2. Khó khăn điều độ khi có thủy điện Nậm Chiến 3 kết nối

Việc kết nối lưới điện quốc gia với các nguồn điện phân tán như thủy điện Nậm Chiến 3 đã thay đổi dòng chảy công suất một chiều truyền thống. Thay vì chỉ nhận điện từ nguồn, lưới điện Mường La giờ đây có thêm các điểm phát điện. Điều này gây khó khăn cho công tác điều độ hệ thống điện truyền thống. Việc phối hợp vận hành giữa nguồn lưới và các nhà máy thủy điện nhỏ đòi hỏi sự tính toán phức tạp để đảm bảo ổn định hệ thống điện. Đặc biệt, khi có sự cố, việc xác định và xử lý trở nên khó khăn hơn. Luận văn nhấn mạnh sự cần thiết của các công cụ giám sát và điều khiển hiện đại, như một hệ thống SCADA/EMS, để có thể quản lý hiệu quả các nguồn phân tán này, thay vì để chúng vận hành một cách tự phát.

2.3. Ảnh hưởng của phụ tải điện huyện Mường La không ổn định

Đặc điểm phụ tải điện huyện Mường La mang tính chất không ổn định cao, chủ yếu là phụ tải sinh hoạt và ít phụ tải công nghiệp. Đồ thị phụ tải trong ngày có sự chênh lệch lớn giữa giờ cao điểm (buổi tối) và thấp điểm (ban đêm, giữa ngày). Sự biến động này đặt ra thách thức lớn cho việc duy trì cân bằng cung-cầu và ổn định điện áp. Khi phụ tải đột ngột giảm sâu trong khi các nhà máy thủy điện vẫn đang phát, điện áp lưới có thể tăng cao nguy hiểm. Ngược lại, vào giờ cao điểm, hệ thống phải đối mặt với nguy cơ quá tải và sụt áp. Việc quản lý một lưới điện với đặc tính phụ tải như vậy đòi hỏi các giải pháp linh hoạt, bao gồm cả việc điều chỉnh công suất phát từ các nguồn tại chỗ để đáp ứng nhanh với sự thay đổi của nhu cầu.

III. Phương pháp mô phỏng lưới điện 35kV bằng phần mềm ETAP

Để giải quyết các thách thức đã nêu, luận văn áp dụng một phương pháp nghiên cứu hiện đại và đáng tin cậy: sử dụng phần mềm chuyên dụng ETAP (Electrical Transient Analyzer Program) để phân tích hệ thống điện. Đây là một công cụ mạnh mẽ, cho phép mô hình hóa chi tiết các phần tử của lưới điện, từ nguồn, đường dây, máy biến áp cho đến phụ tải và các thiết bị bảo vệ. Việc sử dụng ETAP giúp thực hiện phân tích chế độ vận hành một cách chính xác, tính toán các thông số quan trọng như trào lưu công suất, điện áp tại các nút, dòng điện trên các nhánh và tổng tổn thất công suất. Luận văn trích dẫn: "Học viên sử dụng được phần mềm chuyên dụng ETAP cho học tập, nghiên cứu và ứng dụng trong công tác chuyên môn, nghiệp vụ". Thông qua việc xây dựng một mô hình số hóa (digital twin) của lưới điện 35kV Mường La, đặc biệt là lộ 371 có kết nối thủy điện Nậm Chiến 3, nghiên cứu có thể khảo sát nhiều kịch bản vận hành khác nhau mà không cần can thiệp vào lưới điện thực tế, đảm bảo an toàn và tiết kiệm chi phí. Đây là nền tảng vững chắc để đề xuất các giải pháp tối ưu hóa lưới điện phân phối.

3.1. Xây dựng mô hình hóa lộ 371 và nhà máy thủy điện

Bước đầu tiên và quan trọng nhất là việc thu thập số liệu thực tế từ Công ty Điện lực Sơn La để xây dựng mô hình. Tác giả đã tổng hợp chi tiết các thông số của đường dây (chiều dài, tiết diện), máy biến áp (công suất, tổ đấu dây), và đặc tính của phụ tải điện huyện Mường La. Toàn bộ lộ 371 và các nhánh rẽ, cùng với nhà máy thủy điện Nậm Chiến 3, đã được mô hình hóa một cách chính xác trên giao diện của ETAP. Mô hình này (thể hiện trong Hình 2.6 của luận văn) phản ánh trung thực cấu trúc và các thông số vận hành của lưới điện thực tế. Việc mô hình hóa chi tiết này là tiền đề không thể thiếu để các kết quả phân tích chế độ vận hành sau này có độ tin cậy cao và mang lại giá trị thực tiễn.

3.2. Thiết lập kịch bản và phân tích các chế độ vận hành

Sau khi có mô hình, nghiên cứu tiến hành thiết lập và phân tích chế độ vận hành trong nhiều kịch bản khác nhau. Các kịch bản này được thiết kế để phản ánh các trạng thái hoạt động điển hình và cả các tình huống sự cố của lưới điện. Cụ thể, luận văn đã khảo sát: Chế độ 1 (phụ tải cực đại, không có thủy điện Nậm Chiến 3), Chế độ 2 (phụ tải cực đại, có Nậm Chiến 3 phát với các chế độ công suất tác dụng và phản kháng khác nhau), và Chế độ 3 (vận hành Nậm Chiến 3 khi có sự cố trên lưới). Mỗi kịch bản đều được chạy mô phỏng để tính toán và ghi nhận các thông số như điện áp, dòng công suất và tổn thất. Việc so sánh kết quả giữa các kịch bản giúp nhận diện rõ ràng ưu nhược điểm của từng phương thức vận hành và vai trò của thủy điện Nậm Chiến 3.

IV. Giải pháp tối ưu hóa vận hành thủy điện nhỏ Nậm Chiến 3

Từ kết quả phân tích mô phỏng, luận văn đề xuất một loạt giải pháp kỹ thuật nhằm tối ưu hóa lưới điện phân phối thông qua việc điều khiển linh hoạt nhà máy thủy điện Nậm Chiến 3. Thay vì để nhà máy hoạt động một cách thụ động, nghiên cứu chứng minh rằng việc biến nó thành một phần tử có thể điều khiển được sẽ mang lại lợi ích to lớn cho toàn hệ thống. Các giải pháp tập trung vào việc tận dụng khả năng của máy phát điện để không chỉ phát công suất tác dụng (điện năng) mà còn tham gia vào việc điều chỉnh các thông số của lưới. Cách tiếp cận này giúp giải quyết đồng thời hai vấn đề lớn: cải thiện chất lượng điện năng (ổn định điện áp) và giảm tổn thất điện năng. Hướng đi này cho thấy tiềm năng to lớn của các nhà máy thủy điện vừa và nhỏ trong việc hỗ trợ vận hành lưới điện tại các khu vực có hạ tầng còn hạn chế, góp phần nâng cao độ tin cậy cung cấp điện và hiệu quả kinh tế. Đây là một đóng góp quan trọng của luận văn kỹ thuật điện này cho thực tiễn vận hành.

4.1. Kỹ thuật bù công suất phản kháng để cải thiện điện áp

Một trong những giải pháp quan trọng nhất được đề xuất là sử dụng máy phát của thủy điện Nậm Chiến 3 để thực hiện bù công suất phản kháng. Bằng cách điều chỉnh dòng kích từ, máy phát có thể phát hoặc tiêu thụ công suất phản kháng (CSPK). Khi lưới bị sụt áp (thường vào giờ cao điểm), việc phát CSPK vào lưới sẽ giúp nâng điện áp tại các nút. Ngược lại, khi điện áp tăng cao (lúc phụ tải thấp), máy phát có thể tiêu thụ bớt CSPK để kéo điện áp xuống mức an toàn. Kỹ thuật này hiệu quả hơn nhiều so với việc lắp đặt các tụ bù tĩnh vì nó linh hoạt và có thể điều chỉnh liên tục. Kết quả mô phỏng trong Chế độ 2b của luận văn cho thấy rõ hiệu quả của giải pháp này trong việc duy trì dải điện áp ổn định trên toàn bộ lộ 371.

4.2. Điều chỉnh chế độ phát điện theo điều kiện phụ tải

Giải pháp thứ hai là tối ưu hóa phát điện công suất tác dụng (CSTD) của nhà máy thủy điện theo thực tế phụ tải. Thay vì chỉ phát tối đa công suất theo mùa nước, luận văn gợi ý một chế độ vận hành hồ chứa thủy điện và điều độ phát điện thông minh hơn. Dựa trên dự báo phụ tải, nhà máy có thể được huy động phát công suất cao hơn vào giờ cao điểm để giảm tải cho nguồn chính và giảm tổn thất trên đường dây. Vào giờ thấp điểm, có thể giảm phát để tránh gây tăng áp. Phương pháp này đòi hỏi sự phối hợp chặt chẽ trong công tác điều độ hệ thống điện, có thể thông qua các hệ thống điều khiển từ xa. Việc này không chỉ giúp ổn định hệ thống điện mà còn tối ưu hóa việc sử dụng nguồn tài nguyên nước, mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn.

4.3. Vận hành độc lập khi sự cố mất nguồn lưới quốc gia

Luận văn còn khám phá một khả năng vận hành nâng cao: cho phép thủy điện Nậm Chiến 3 hoạt động ở chế độ độc lập (islanding) để cấp điện cho một khu vực phụ tải lân cận khi xảy ra sự cố mất nguồn từ lưới điện quốc gia. Kịch bản mô phỏng trong Chế độ 3b cho thấy, sau khi sa thải một phần phụ tải không thiết yếu, nhà máy có thể duy trì cung cấp điện cho các phụ tải quan trọng. Giải pháp này giúp tăng cường đáng kể độ tin cậy cung cấp điện, giảm thời gian mất điện cho khách hàng trong khu vực. Mặc dù việc triển khai đòi hỏi các yêu cầu kỹ thuật phức tạp về bảo vệ và điều khiển, đây là một hướng đi đầy hứa hẹn để nâng cao khả năng chống chịu sự cố của lưới điện phân phối miền núi.

V. Kết quả nghiên cứu nâng cao hiệu quả vận hành lưới điện

Các giải pháp đề xuất trong luận văn đã được kiểm chứng hiệu quả thông qua các kết quả mô phỏng chi tiết bằng phần mềm ETAP. Dữ liệu từ các bảng biểu trong Chương 3 của nghiên cứu cung cấp những bằng chứng định lượng rõ ràng về sự cải thiện trong vận hành hệ thống điện. Khi chưa có sự tham gia của thủy điện Nậm Chiến 3 hoặc khi nhà máy này chỉ phát công suất tác dụng, tình trạng sụt áp và tổn thất công suất trên lộ 371 là rất đáng kể. Tuy nhiên, khi áp dụng các giải pháp điều khiển tối ưu, đặc biệt là chế độ phát đồng thời cả công suất tác dụng và công suất phản kháng, các chỉ số vận hành đã được cải thiện một cách ngoạn mục. Kết quả này khẳng định vai trò then chốt của việc điều độ thông minh các nguồn điện phân tán. Đây không còn là một nghiên cứu lý thuyết đơn thuần, mà là một hướng dẫn thực tiễn, cung cấp cho Công ty Điện lực Sơn La các phương án cụ thể để nâng cao chất lượng dịch vụ và tối ưu hóa chi phí vận hành, góp phần vào sự ổn định hệ thống điện chung.

5.1. Phân tích so sánh kết quả mô phỏng các chế độ vận hành

Việc phân tích chế độ vận hành qua các kịch bản khác nhau đã cho thấy sự khác biệt rõ rệt. Trong Chế độ 1a và 1b (không có thủy điện), điện áp tại các bus cuối nguồn giảm mạnh, một số điểm xuống dưới 95% điện áp định mức, vi phạm tiêu chuẩn về chất lượng điện năng. Ngược lại, trong Chế độ 2b, khi thủy điện Nậm Chiến 3 được điều khiển để vừa phát CSTD vừa bù CSPK, điện áp trên toàn lộ dây được duy trì ổn định trong khoảng 102% - 105% Uđm. Dữ liệu từ Bảng 3.7 cho thấy điện áp tại các nút đều nằm trong giới hạn cho phép. Điều này chứng minh rằng việc vận hành chủ động nhà máy thủy điện nhỏ là một giải pháp cực kỳ hiệu quả để giải quyết bài toán sụt áp trên các lưới điện nông thôn, miền núi.

5.2. Đánh giá hiệu quả giảm tổn thất và ổn định điện áp

Hiệu quả của các giải pháp không chỉ dừng lại ở việc ổn định điện áp. So sánh dữ liệu tổn thất giữa các chế độ vận hành cho thấy một sự cải thiện đáng kể. Bảng 3.5 (chế độ vận hành 1b) ghi nhận tổng tổn thất công suất là 228.8 kW. Trong khi đó, ở chế độ vận hành tối ưu có sự tham gia của thủy điện, tổn thất đã giảm xuống. Việc phát điện tại gần trung tâm phụ tải đã làm giảm lượng công suất phải truyền tải trên quãng đường dài từ nguồn chính, từ đó giảm tổn thất điện năng. Đây là một lợi ích kinh tế trực tiếp, giúp tiết kiệm chi phí mua điện và tăng hiệu quả kinh doanh. Đồng thời, việc duy trì điện áp ổn định cũng góp phần kéo dài tuổi thọ của các thiết bị trên lưới và trong hộ gia đình, đảm bảo sự ổn định hệ thống điện một cách toàn diện.

VI. Kết luận từ luận văn và hướng phát triển trong tương lai

Công trình luận văn kỹ thuật điện "Nghiên cứu nâng cao hiệu quả vận hành lưới điện 35 kV và thủy điện nhỏ Nậm Chiến 3 huyện Mường La" đã hoàn thành xuất sắc các mục tiêu đề ra. Nghiên cứu đã phân tích sâu sắc thực trạng và những thách thức của lưới điện phân phối khu vực miền núi, đồng thời đề xuất các giải pháp kỹ thuật cụ thể, có tính ứng dụng cao. Bằng việc sử dụng công cụ mô phỏng hiện đại, luận văn đã chứng minh một cách khoa học rằng việc điều khiển chủ động các nhà máy thủy điện vừa và nhỏ là chìa khóa để cải thiện chất lượng điện năng, giảm tổn thất điện năng và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện. Các kết quả không chỉ có giá trị cho khu vực Mường La mà còn mở ra một hướng đi mới cho việc quản lý và vận hành hệ thống điện có tích hợp nhiều nguồn năng lượng tái tạo phân tán. Hướng phát triển trong tương lai có thể bao gồm việc tự động hóa quá trình điều khiển thông qua hệ thống SCADA/EMS và áp dụng các thuật toán tối ưu hóa phát điện thông minh hơn.

6.1. Tổng kết giải pháp kiến nghị cho Công ty Điện lực Sơn La

Luận văn đưa ra các kiến nghị cụ thể và thiết thực cho Công ty Điện lực Sơn La. Thứ nhất, cần xây dựng quy trình phối hợp vận hành giữa trung tâm điều độ và các nhà máy thủy điện nhỏ để khai thác khả năng bù công suất phản kháng của máy phát. Thứ hai, cần đầu tư nâng cấp hệ thống đo lường và viễn thông để có thể giám sát và điều khiển các nhà máy từ xa. Thứ ba, nên sử dụng các phần mềm mô phỏng như ETAP làm công cụ thường xuyên trong công tác lập kế hoạch, quy hoạch và phân tích chế độ vận hành lưới điện. Việc áp dụng các kiến nghị này sẽ giúp công ty chủ động hơn trong việc quản lý lưới điện, đảm bảo các chỉ tiêu kỹ thuật và nâng cao hiệu quả sản xuất kinh doanh.

6.2. Tiềm năng nhân rộng mô hình cho các nhà máy thủy điện khác

Mô hình nghiên cứu và các giải pháp được đề xuất cho thủy điện Nậm Chiến 3 có tiềm năng nhân rộng rất lớn. Việt Nam có hàng trăm nhà máy thủy điện vừa và nhỏ đang được kết nối vào lưới điện phân phối trên cả nước, đặc biệt là ở các khu vực miền núi. Phương pháp luận và kết quả của công trình này có thể được xem như một nghiên cứu điển hình (case study) để áp dụng cho các nhà máy thủy điện khác có điều kiện tương tự. Việc nhân rộng mô hình này sẽ góp phần quan trọng vào việc tối ưu hóa lưới điện phân phối trên quy mô toàn quốc, hỗ trợ quá trình chuyển đổi năng lượng và đảm bảo an ninh năng lượng bền vững, đồng thời quan tâm đến các yếu tố như an toàn đập thủy điện và vận hành hồ chứa thủy điện một cách hợp lý.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP 35 KV HUYỆN MƯỜNG LA 1.1 Tổng quan về hệ thống điện 1.1 Cấu trúc tổng quát của một hệ thống điện quốc gia Điện năng là một dạng năng lượng đặc biệt và rất phổ biến hiện nay, điện năng có rất nhiều ưu điểm hơn hẳn so với các dạng năng lượng khác như: dễ dàng chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác với hiệu suất cao (cơ năng, nhiệt năng, hoá năng, quang năng. Điện năng được sản xuất ra từ các nhà máy điện hay các trạm phát điện theo nhiều công nghệ khác nhau. Quá trình sản xuất và sử dụng điện năng được thực hiện bởi một hệ thống điện như mô tả trên hình 1. 1 Mô hình cấu trúc hệ thống điện hoàn chỉnh Hoạt động của hệ thống điện có một số đặc điểm chính sau đây: - Điện năng sản xuất ra nói chung, tại mọi thời điểm luôn phải bảo đảm cân bằng giữa lượng điện năng sản xuất ra với lượng điện năng tiêu thụ, tích trữ và điện năng tổn -4- LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] thất trên các thiết bị truyền tải và phân phối điện.

- Các quá trình về điện xảy ra rất nhanh. Ví dụ: sóng điện từ hay sóng sét lan truyền trên đường dây với tốc độ rất lớn xấp xỉ tốc độ ánh sáng 300.000 km /s), thời gian đóng cắt mạch điện, thời gian tác động của các bảo vệ thường xẩy ra dưới 0,5s. - Hoạt động điện lực có liên quan chặt chẽ đến nhiều kĩnh vực xã hội và kinh tế quốc dân khác như: Luyện kim, hoá chất, khai thác mỏ, cơ khí, công nghiệp nhẹ, đô thị và dân dụng,. Một hệ thống điện quốc gia bao gồm rất nhiều các phần tử được kết nối với nhau theo nguyên lý của một mạch điện dựa trên cơ sở đảm bảo tính kỹ thuật và kinh tế.

Tương ứng sơ đồ cấu trúc khối trên hình 1. Cấu trúc của một hệ thống điện thường được chia thành 03 khối chính như mô tả trên Error! Reference source not found. 2 Cấu trúc cơ bản của một hệ thống điện Khối 1 - Các nhà máy điện: Khối các nhà máy điện được phân biệt thành hai loại. Thứ nhất đó là các nhà máy điện công suất lớn bao gồm các trung tâm sản xuất điện lớn, các nhà máy nhiệt điện, nhà máy điện hạt nhân, trạm thủy điện công suất lớn (Pđm ≥ 30 MW).

Thứ hai đó là các nguồn điện phân tán công suất nhỏ (Pđm  30 MW). Khối 2 - Hệ thống truyền tải: Hệ thống truyền tải (Transmission, Subtransmisstion), đó là hệ thống các trạm biến áp và các đường dây tải điện có nhiệm vụ chính là truyền tải công suất giữa các trạm biến áp, không trực tiếp kết nối với phụ tải tiêu thụ điện. Trong khối này lại được chia thành hai khối con, đó là [2], [3]: - Khối truyền tải siêu cao áp (EHV transmission): bao gồm hệ thống các trạm biến áp và đường dây có điện áp xoay chiều định mức Uđm ≥ 220 kV. Một số nước tân tiến có sử dụng đường dây truyền tải siêu cao áp một chiều HVDC.

-5- LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] - Khối truyền tải cao áp (HV transmission): bao gồm hệ thống các trạm biến áp và đường dây có điện áp xoay chiều định mức 22 kV ≤ Uđm ≤ 110 kV. Khối 3 - Hệ thống điện phân phối (Electric distribution system): Trước đây ở Việt Nam, phạm vi của hệ thống phân phối điện chỉ bao gồm các trạm biến áp và đường dây được tính từ phía thứ cấp trạm biến áp 110 kV trở về đến các phụ tải tiêu thụ điện. Ngày nay, kể từ 01/11/2018, EVN đã có quy định mới: hệ thống phân phối điện được mở rộng thêm về phía cao áp đến thứ cấp của trạm biến áp 220 kV. Đây là một hướng hội nhập quốc tế.

Trên cơ sở mô hình tổng quát của hệ thống điện quốc gia hình 1.2, cấu trúc một hệ thống phân phối điện có thể được thể hiện dưới dạng sơ đồ một sợi như trên hình 1.3 -6- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. 3 Sơ đồ nguyên lý một sợi hệ thống điện phân phối Theo cấu trúc này, hệ thống phân phối điện lại có thể được phân chia thành các hệ thống phân phối con dựa trên điện áp định mức làm căn cứ: - Hệ thống phân phối điện cao thế 110 kV (High Voltage): bao gồm toàn bộ đường dây và các trạm biến áp 110 kV đóng vai trò trung gian (Sup transmision line) hay (Transmision line) để cung cấp điện cho các trạm biến áp khu vực (Zone Suptation). Đối với các phụ tải lớn như các nhà máy lớn hay các khu công nghiệp có sức tiêu thụ điện cao, có thể được kết nối trực tiếp với hệ thống truyền tải con 110 kV. -7- LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] - Hệ thống phân phối điện trung áp (Middle Voltage): bao gồm hệ thống các đường dây trung áp (22 kV, 35 kV) và các trạm biến áp phân phối hạ áp cung cấp điện cho lưới phân phối hạ thế (Low voltage).

- Hệ thống phân phối điện hạ thế thế (Low Voltage): bao gồm hệ thống các trạm biến áp phân phối và đường dây hạ thế (0,4 kV) cung cấp cho các phụ tải là điểm cuối cùng của hệ thống điện.2 Các dạng nguồn điện công suất nhỏ trong hệ thống phân phối điện Hiện nay, trong lưới phân phối điện không chỉ có một loại nguồn cung cấp từ phía lưới điện quốc gia mà còn có thêm các nguồn phân tán. Chính vì vậy cấu trúc lưới được thay đổi căn bản, phân bố công suất không chỉ theo một hướng (one way) như trước đây mà là nhiều hướng, thậm chí luôn thay đổi cả về độ lớn và hướng công suất.  Nguồn chính: nguồn chính cung cấp điện cho lưới cho lưới phân phối được chỉ định từ lưới điện quốc gia được quy đổi về cấp điện áp trung áp cao nhất của lưới phân phối. Trên sơ đồ nguyên lý một sợi (one line diagram) nguồn có thể được biểu diễn bởi một thanh cái (Bus).

Các thông số cơ bản của nguồn bao gồm: - Cấp điện áp định mức Uđm (kV): 110 kV, 35 kV, 22 kV - Công suất ngắn mạch SNM (MVA): 400 MVA - Tỷ số X/R Một hệ thống điện phân phối có thể bao gồm một hoặc hai nguồn chính tùy theo cấp độ tin cậy cần thiết. Trong thực tế đó là các trạm biến áp trung gian biến đổi từ cấp điện áp 110 kV hoặc 220 kV xuống cấp điện áp phân phối.  Nguồn phân tán (DG): trong lưới phân phối còn có các nguồn phân tán khác, điển hình là: 1- Nguồn pin mặt trời: đó là các tổ hợp pin mặt trời kết hợp với biến tần DC/AC và máy biến áp tạo ra một nguồn cung cấp điện kết nối với lưới phân phối. 2- Nguồn SHP: đó là SHP địa phương kết nối trực tiếp với lưới điện phân phối.

3- Nguồn máy phát điện sức gió: đó là turbine gió công suất nhỏ, có thể là đơn chiếc hay tổ hợp nhiều chiếc (Wind Farm) kết nối với lưới phân phối. -8- LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 4- Nguồn máy phát diesel: loại nguồn này chủ yếu đóng vai trò dự phòng và không thể thiếu được đối với các hộ dùng điện đòi hỏi cao về chất lượng điện năng cung cấp như: những nhà máy hay phân xưởng sản xuất áp dụng công nghệ hiện đại, khách sạn, bệnh viện , nhà cao tầng,VV. 5- Kho điện (battery) kết hợp với biến tần DC/AC/DC: Loại nguồn này cũng đang được khuyến khích phát triển với vai trò nguồn dự phòng hoặc ứng dụng cho các giải pháp điều phối năng lượng hữu ích.3 Những hộ phụ tải điện điển hình và yêu cầu cung cấp điện Tùy theo công nghệ hay mục đích sử dụng, mỗi loại thiết bị dùng điện phải có những tính năng đảm bảo đáp ứng được những yêu cầu đặt ra. Vì thế chúng đòi hỏi phải được cung cấp điện một cách phù hợp, thỏa mãn các tiêu chuẩn quy định chung và quy định riêng cho những trường hợp đặc biệt.

Sơ bộ, các thiết bị dùng điện được phân loại như sau : Các thiết bị dùng điện đều có thể gọi chung là phụ tải điện hay hộ phụ tải. Khái niệm về hộ phụ tải có tính chất tương đối, một hộ phụ tải có thể là một nhóm máy hay một phân xưởng, nhà máy xí nghiệp, các căn hộ, dẫy phố hay nhà cao tầng,VV. Đôi khi, một thiết bị cũng có thể được coi như một hộ phụ tải. Trong thực tế, hộ phụ tải thường được nhóm (grouping) theo đặc điểm của thiết bị dùng điện hay nhóm theo vị trí, khu vực,VV.

 Hộ phụ tải dạng nhà máy xí nghiệp công nghiệp: Đối với nhà máy, xí nghiệp công nghiệp có quy mô nhỏ có thể chỉ có một trạm biến áp phân phối. Trong khi đó một xí nghiệp công nghiệp lớn, có nhiều phân xưởng sản xuất, mỗi phân xưởng có thể được cung cấp điện bởi một hay nhiều trạm biến áp phân phối. Trong một phân xưởng bao gồm nhiều máy sản xuất thường được chia thành nhiều nhóm máy. Mỗi nhóm máy được cung cấp điện bởi một tủ điện (tủ động lực), các tủ động lực được cung cấp điện bởi một tủ điện tổng (tủ phân phối trung gian).

Các máy sản xuất (thiết bị điện) trong phân xưởng gồm những loại chính sau:  Máy sản xuất cơ khí dùng động cơ điện : -9- LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Động cơ điện là thiết bị chiếm hơn 70% tổng các thiết bị sử dụng điện trong công nghiệp, chúng có nhiều kiểu loại khác nhau : - Động cơ công suất lớn : là các động cơ xoay chiều 3 pha làm việc dài hạn. - Động cơ công suất vừa và nhỏ : bao gồm cả các động cơ xoay chiều 3 pha và động cơ một chiều.  Lò điện và các loại thiết bị gia công nhiệt khác : Trong công nghiệp thường dùng các loại lò sau đây: Lò điện trở, lò cảm ứng, lò hồ quang, lò hỗn hợp (hồ quang - điện trở). - Lò điện trở: Lò điện trở có hai loại: đốt nóng trực tiếp và gián tiếp.

Công suất của lò có thể từ hàng trăm đến hàng ngàn kW, điện áp định mức thường nhỏ hơn 1000V, tần số 50 Hz dùng điện 1 pha hoặc 3 pha. Hệ số công suất của loại lò đốt nóng gián tiếp phần lớn bằng 1. - Lò cảm ứng: Lò cảm ứng có 2 loại: Loại lò có lõi thép thường dùng dòng điện xoay chiều tần số 50Hz, điện áp (220380) V. Công suất có thể đạt tới 2000kVA, hệ số công suất khoảng (0,20,8), thường được dùng để luyện kim loại màu.