Chương 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỘ TIN CẬY CỦA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 1. Tổng quan về lưới điện phân phối [1], [7] 1. Khái niệm về lưới điện phân phối Lưới điện phân phối là một bộ phận của hệ thống điện. Trong đó hệ thống bao gồm các nhà máy điện, các trạm biến áp, các đường dây truyền tải và phân phối điện được nối với nhau thành hệ thống.
Hệ thống lưới phân phối 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. Nhiệm vụ của lưới phân phối là cấp điện cho phụ tải đảm bảo chất lượng điện năng và độ tin cậy cung cấp điện trong giới hạn cho phép. Tuy nhiên do điều kiện kinh tế và kỹ thuật, độ tin cậy của lưới phân phối cao hay thấp phụ thuộc vào yêu cầu của phụ tải và chất lượng của lưới điện phân phối. Lưới phân phối gồm lưới phân phối trung áp và lưới phân phối hạ áp.
Cấp điện áp thường dùng trong lưới phân phối trung áp là 6, 10, 15, 22 và 35kV. Cấp điện áp thường dùng trong lưới phân phối hạ áp là 380/220V hay 220/110V. Vai trò của lưới điện phân phối trong hệ thống điện Lưới phân phối đóng vai trò quan trọng đối với hệ thống điện và có nhiều đặc điểm đặc trưng như: - Trực tiếp cấp điện và đảm bảo chất lượng điện năng cho phụ tải (chủ yếu là điện áp). - 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 trong lưới phân phối. Đặc biệt việc ngừng điện (sự cố hay kế hoạch) trên lưới phân trung áp có ảnh hưởng rất lớn đến các hoạt động kinh tế xã hội. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 4 - Chi phí đầu tư xây dựng lưới phân phối chiếm tỷ lệ lớn khoảng 50% của hệ thống điện (35% cho nguồn điện, 15% cho lưới hệ thống và lưới truyền tải). - Tổn thất điện năng trong lưới phân phối lớn, chiếm (65 ÷ 70)% tổn thất toàn hệ thống.
- Lưới phân phối trực tiếp cung cấp điện cho các thiết bị điện nên nó ảnh hưởng trực tiếp đến tuổi thọ, công suất và hiệu quả của các thiết bị điện. - Lưới phân phối gần với người sử dụng điện do đó vấn đề an toàn điện cũng rất quan trọng. Phân loại lưới điện phân phối trung áp Người ta thường phân loại lưới trung áp theo 3 dạng: - Theo đối tượng và địa bàn phục vụ: + Lưới phân phối thành phố. + Lưới phân phối nông thôn.
+ Lưới phân phối xí nghiệp. - Theo thiết bị dẫn điện: + Lưới phân phối trên không. + Lưới phân phối cáp ngầm. - Theo cấu trúc hình dáng: + Lưới phân phối hở (hình tia) có phân đoạn, không phân đoạn.
+ Lưới phân phối kín vận hành hở. + Hệ thống phân phối điện. Do tầm quan trọng của lưới điện phân phối, đặc biệt là lưới điện phân phối trung áp nên lưới phân phối trung áp được quan tâm nhiều nhất trong quy hoạch cũng như vận hành. Các tiến bộ khoa học thường được áp dụng vào việc điều khiển vận hành lưới phân phối trung áp.
Sự quan tâm đến lưới phân phối trung áp còn được thể hiện trong tỷ lệ rất lớn các công trình nghiên cứu khoa học được công bố trên các tạp chí khoa học. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 5 Để làm cơ sở xây dựng cấu trúc lưới phân phối về mọi mặt cũng như trong quy hoạch và vận hành lưới phân phối người ta đưa ra các chỉ tiêu đánh giá chất lượng lưới phân phối. Chất lượng lưới phân phối được đánh giá trên 3 mặt: - Sự phục vụ đối với khách hàng. - Ảnh hưởng tới môi trường.
- Hiệu quả kinh tế đối với cách doanh nghiệp cung cấp điện. Các tiêu chuẩn đánh giá như sau: - Chất lượng điện áp. - Độ tin cậy cung cấp điện. - Hiệu quả kinh tế (giá thành tải điện nhỏ nhất).
- Ảnh hưởng đến môi trường (cảnh quan, môi sinh, ảnh hưởng đến đường dây thông tin). Trong các tiêu chuẩn trên, tiêu chuẩn thứ nhất và thứ hai liên quan trực tiếp đến điện năng gọi chung là chất lượng phục vụ của lưới điện phân phối. Phần tử của lưới điện phân phối trung áp. Các phần tử của lưới điện phân phối trung áp bao gồm: - Máy biến áp trung gian và máy biến áp phân phối.
- Thiết bị dẫn điện: Đường dây điện (dây dẫn và phụ kiện). - 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 dưới 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 lường: 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 lường.
LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 6 - 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 đường dây, kháng điện hạn chế ngắn mạch,. - 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 lưới điện đều có các thông số đặc trưng (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,.) được chọn trên cơ sở tính toán kỹ thuật.
Những phần tử có dòng công suất đi qua (máy biến áp, dây dẫn, thiết bị đóng cắt, máy biến dòng, tụ bù,.) thì thông số của chúng ảnh hưởng trực tiếp đến thông số chế độ (điện áp, dòng điện, công suất) nên được dùng để tính toán chế độ làm việc của lưới điện phân phối. 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 như: 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 (dưới tải) như: Máy cắt, áp tô mát, các thiết bị điều chỉnh dưới tải.
Một số khác có thể thay đổi khi cắt điện như: Dao cách ly, đầu phân áp cố định. Máy biến áp và đường dây nhờ các máy cắt có thể thay đổi trạng thái dưới tải. Nhờ các thiết bị phân đoạn, đường dây điện được chia thành nhiều phần tử của hệ thống điện. Không phải lúc nào các phần tử của lưới 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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 7 lưới không làm việc để lưới phân phối vận hành hở theo điều kiện tổn thất công suất nhỏ nhất. Cấu trúc và sơ đồ của lưới điện phân phối. Lưới điện phân phối bao gồm: - Các phần tử tạo thành lưới điện phân phối. - Sơ đồ lưới điện phân phối.
- Hệ thống điều khiển lưới điện phân phối. Cấu trúc lưới điện phân phối bao gồm: Cấu trúc tổng thể và cấu trúc vận hành. + Cấu trúc tổng thể: Bao gồm tất cả các phần tử và sơ đồ lưới đầy đủ. Muốn lưới 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, ta gọi phần đó là cấu trúc vận hành. Một cấu trúc vận hành gọi là một trạng thái của lưới điện.
Có cấu trúc vận hành bình thường gồm các phần tử tham gia vận hành và các sơ đồ vận hành do người vận hành lựa chọn. Có thể có nhiều cấu trúc vận hành thỏa mãn điều kiện kỹ thuật, người ta phải chọn cấu trúc vận hành tối ưu theo điều kiện kinh tế (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, người 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 lượng vận hành thấp hơn so với cấu trúc vận hành bình thường.
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. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 8 + Cấu trúc tĩnh: Trong cấu trúc này lưới điện phân phối không thể thay đổi sơ đồ vận hành. Ở cấu trúc này khi cần bảo dưỡng hay sự cố thì toàn lưới phân phối hoặc một phần lưới phân phối phải ngừng điện.
Đó là lưới phân phối 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 lưới điện phân phối có thể thay đổi sơ đồ vận hành ngoài tải, tức là trong khi lưới phân phối cắt điện để thao tác. Đó là lưới điện phân phối có cấu trúc kín vận hành hở. + Cấu trúc động hoàn toàn: Trong cấu trúc này lưới điện phân phối có thể thay đổi sơ đồ vận hành ngay cả khi đang làm việc, đó là hệ thống phân phối điện.
Cấu trúc động được 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 lưới điện phân phối, trong đó cấu trúc động không hoàn toàn và cấu trúc động hoàn toàn mức thấp cho phép vận hành kinh tế lưới điện theo mùa, khi đồ thị phụ tải thay đổi đáng kể. Cấu trúc động ở mức cao cho phép vận hành lưới điện trong thời gian thực, lưới phân phối trong cấu trúc này phải được thiết kế sao cho có thể vận hành kín trong thời gian ngắn trong khi thao tác sơ đồ.