Tổng quan nghiên cứu

Lưới điện phân phối lộ 377-E9.8 thuộc Điện lực Như Xuân, tỉnh Thanh Hóa, quản lý vận hành hơn 219 km đường dây trung áp 35 kV, 151 trạm biến áp với tổng công suất đặt 30.475 kVA và 505 km đường dây hạ thế phục vụ 18.362 khách hàng. Tốc độ tăng trưởng điện năng tiêu thụ bình quân giai đoạn 2016-2020 đạt khoảng 15%/năm, trong đó thành phần quản lý và tiêu dùng dân cư chiếm tỷ trọng cao nhất với 56,68%. Tuy nhiên, lưới điện hiện tại vận hành theo sơ đồ đơn tuyến một nguồn cấp, thiết bị đóng cắt chủ yếu là cầu dao cách ly thủ công, chưa có hệ thống điều khiển từ xa và tự động hóa hiệu quả, dẫn đến chỉ số độ tin cậy cung cấp điện chưa đạt yêu cầu với SAIDI trung bình khoảng 7912 phút trước miễn trừ và 168 phút sau miễn trừ năm 2020, SAIFI tương ứng là 93,3 và 1,95 lần mất điện/khách hàng/năm.

Mục tiêu nghiên cứu nhằm đánh giá hiện trạng vận hành lưới điện phân phối lộ 377-E9.8, đề xuất các giải pháp nâng cao hiệu quả vận hành, đặc biệt là tối ưu hóa vị trí lắp đặt tụ bù và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện thông qua ứng dụng thiết bị tự động hóa như Recloser. Nghiên cứu được thực hiện trên phạm vi lưới điện phân phối huyện Như Xuân, với dữ liệu thu thập từ năm 2016 đến 2020, có ý nghĩa quan trọng trong việc cải thiện chất lượng điện năng, giảm tổn thất và nâng cao độ tin cậy phục vụ phát triển kinh tế - xã hội địa phương.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về độ tin cậy hệ thống điện phân phối, bao gồm:

  • Khái niệm độ tin cậy và độ sẵn sàng: Độ tin cậy là xác suất hệ thống hoàn thành nhiệm vụ trong khoảng thời gian nhất định, độ sẵn sàng là xác suất hệ thống ở trạng thái tốt tại thời điểm bất kỳ.
  • Các chỉ số độ tin cậy lưới điện phân phối: SAIFI (tần suất mất điện trung bình), SAIDI (thời gian mất điện trung bình), CAIDI (thời gian mất điện trung bình cho mỗi lần mất điện), MAIFI (số lần mất điện thoáng qua trung bình), ENS (năng lượng không được cung cấp).
  • Mô hình hóa lưới điện phân phối: Sơ đồ lưới điện hình tia, phân đoạn bằng dao cách ly, máy cắt, và sơ đồ lưới điện kín vận hành hở, đánh giá ảnh hưởng của các thiết bị đóng cắt đến độ tin cậy.
  • Mô hình tối ưu hóa vị trí lắp đặt tụ bù: Sử dụng modul CAPO trong phần mềm PSS/ADEPT để xác định vị trí tụ bù cố định và ứng động tối ưu nhằm giảm tổn thất điện năng và cải thiện chất lượng điện áp.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Thu thập số liệu thực tế từ Điện lực Như Xuân, bao gồm thông tin về đường dây, trạm biến áp, thiết bị đóng cắt, sự cố lưới điện giai đoạn 2016-2020, và dữ liệu tiêu thụ điện năng.
  • Phương pháp phân tích:
    • Mô hình hóa lưới điện phân phối trong phần mềm PSS/ADEPT, sử dụng các module Load Flow, CAPO và DRA để phân tích tổn thất, tối ưu tụ bù và đánh giá độ tin cậy.
    • Phân tích các chỉ số độ tin cậy dựa trên các kịch bản vận hành hiện trạng và giải pháp đề xuất.
  • Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong năm 2021-2022, với giai đoạn thu thập và xử lý số liệu, mô hình hóa và phân tích, cuối cùng là đánh giá và đề xuất giải pháp.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiện trạng vận hành lưới điện: Lưới điện Như Xuân vận hành theo sơ đồ đơn tuyến một nguồn cấp, thiết bị đóng cắt chủ yếu là cầu dao cách ly thủ công, chưa có điều khiển từ xa. Chỉ số độ tin cậy năm 2020: SAIDI = 7912 phút (trước miễn trừ), SAIFI = 93,3 lần; sau miễn trừ giảm còn SAIDI = 168 phút, SAIFI = 1,95 lần.

  2. Tối ưu hóa vị trí lắp đặt tụ bù: Hiện có 7 cụm tụ bù trung áp với tổng dung lượng 6300 kVAr. Qua mô phỏng bằng modul CAPO, việc điều chỉnh vị trí tụ bù theo phụ tải cực đại quý giúp giảm tổn thất điện năng và cải thiện chất lượng điện áp hiệu quả hơn so với lắp đặt theo kinh nghiệm.

  3. Đánh giá độ tin cậy theo các sơ đồ lưới điện:

    • Lưới điện hình tia không phân đoạn có SAIFI = 2,2 lần/năm, SAIDI = 6 giờ/năm.
    • Phân đoạn bằng dao cách ly giảm SAIFI xuống 1,15 lần/năm, SAIDI còn 2,58 giờ/năm.
    • Phân đoạn bằng máy cắt tự động (Recloser) tiếp tục cải thiện SAIFI còn 0,77 lần/năm, SAIDI còn 2,39 giờ/năm.
    • Lưới điện kín vận hành hở với khả năng chuyển tải linh hoạt giảm thời gian mất điện đáng kể, SAIDI giảm xuống còn khoảng 1,8 giờ/năm.

  4. Giải pháp thay thế thiết bị đóng cắt: Đề xuất thay thế 15 vị trí LBS/CDPĐ bằng Recloser tự đóng lại giúp giảm thời gian mất điện và tăng độ tin cậy vận hành.

Thảo luận kết quả

Kết quả mô phỏng và phân tích cho thấy việc phân đoạn lưới điện bằng thiết bị tự động hóa như Recloser và tối ưu hóa vị trí tụ bù mang lại hiệu quả rõ rệt trong việc nâng cao độ tin cậy và giảm tổn thất điện năng. So với lưới điện hình tia không phân đoạn, các chỉ số SAIFI và SAIDI giảm đáng kể, phù hợp với các nghiên cứu trong ngành điện về lợi ích của tự động hóa và phân đoạn lưới điện. Việc áp dụng mô hình lưới điện kín vận hành hở cũng góp phần giảm thời gian mất điện cho khách hàng, đặc biệt tại các nút tải xa nguồn.

Các số liệu thực tế từ Điện lực Như Xuân cho thấy sự cố chủ yếu do vỡ sứ (chiếm 55-60%) và đứt dây (khoảng 40%), phần lớn thiết bị đóng cắt còn thủ công, dẫn đến thời gian sửa chữa kéo dài. Giải pháp ứng dụng tự động hóa, kết hợp với quản lý hành lang an toàn và bảo dưỡng định kỳ, sẽ giảm thiểu sự cố và thời gian mất điện, nâng cao chất lượng dịch vụ điện.

Dữ liệu mô phỏng trong phần mềm PSS/ADEPT cung cấp công cụ đánh giá chính xác các chỉ số độ tin cậy, giúp kiểm chứng hiệu quả các giải pháp đề xuất trước khi triển khai thực tế.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Thay thế thiết bị đóng cắt thủ công bằng Recloser tự động: Thực hiện thay thế 15 vị trí LBS/CDPĐ bằng Recloser trong vòng 1-2 năm tới, nhằm giảm thời gian mất điện và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện.

  2. Tối ưu hóa vị trí lắp đặt tụ bù trung áp và hạ thế: Áp dụng kết quả mô phỏng từ modul CAPO để điều chỉnh vị trí và dung lượng tụ bù, giảm tổn thất điện năng và cải thiện chất lượng điện áp, thực hiện trong kế hoạch bảo trì và nâng cấp lưới điện hàng năm.

  3. Xây dựng và vận hành lưới điện kín vận hành hở: Kết nối mạch vòng với các lộ xuất tuyến mới từ trạm biến áp 110 kV Xuân Quỳ, dự kiến hoàn thành trong năm 2022, nhằm tăng khả năng chuyển tải và phục hồi cấp điện nhanh chóng khi có sự cố.

  4. Ứng dụng công nghệ tự động hóa và giám sát từ xa: Hoàn thiện hệ thống cáp quang và thiết bị giám sát, điều khiển từ xa các thiết bị đóng cắt, giúp định vị và xử lý sự cố nhanh, giảm thời gian thao tác, nâng cao hiệu quả vận hành.

  5. Tăng cường công tác quản lý kỹ thuật và bảo dưỡng: Thực hiện kiểm tra, phát quang hành lang an toàn, xử lý các tồn tại trên lưới trước mùa mưa bão, đào tạo nâng cao tay nghề nhân viên vận hành, áp dụng sửa chữa hot-line để giảm thời gian ngừng điện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Các kỹ sư và cán bộ quản lý ngành điện: Nghiên cứu cung cấp phương pháp và giải pháp thực tiễn nâng cao hiệu quả vận hành lưới điện phân phối, hỗ trợ trong công tác quản lý, bảo trì và phát triển lưới điện.

  2. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành kỹ thuật điện: Tài liệu tham khảo về mô hình hóa lưới điện, phân tích độ tin cậy, ứng dụng phần mềm PSS/ADEPT và các giải pháp tự động hóa trong lưới điện phân phối.

  3. Các đơn vị cung cấp thiết bị điện và công nghệ tự động hóa: Hiểu rõ nhu cầu và đặc điểm vận hành lưới điện phân phối tại khu vực miền núi, từ đó phát triển sản phẩm phù hợp, hỗ trợ nâng cao chất lượng dịch vụ điện.

  4. Các cơ quan quản lý nhà nước và chính quyền địa phương: Tham khảo để xây dựng chính sách, kế hoạch phát triển hạ tầng điện, đảm bảo cung cấp điện ổn định, phục vụ phát triển kinh tế - xã hội vùng miền núi.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao cần tối ưu hóa vị trí lắp đặt tụ bù trên lưới điện phân phối?
    Tối ưu vị trí tụ bù giúp giảm tổn thất điện năng, cải thiện chất lượng điện áp và tiết kiệm chi phí vận hành. Ví dụ, mô phỏng bằng phần mềm PSS/ADEPT cho thấy điều chỉnh vị trí tụ bù theo phụ tải cực đại quý giúp tăng hiệu quả kinh tế và kỹ thuật.

  2. Lợi ích của việc thay thế cầu dao cách ly bằng Recloser là gì?
    Recloser tự động cô lập sự cố nhanh, giảm thời gian mất điện và tăng độ tin cậy cung cấp điện. Thay thế 15 vị trí thiết bị đóng cắt thủ công bằng Recloser tại Điện lực Như Xuân dự kiến giảm SAIFI từ 1,15 xuống 0,77 lần mất điện/khách hàng/năm.

  3. Phần mềm PSS/ADEPT được sử dụng như thế nào trong nghiên cứu này?
    PSS/ADEPT mô phỏng lưới điện, tính toán tổn thất, tối ưu tụ bù và phân tích độ tin cậy (SAIDI, SAIFI, CAIDI). Phần mềm giúp đánh giá hiệu quả các giải pháp đề xuất trước khi triển khai thực tế.

  4. Các chỉ số SAIDI, SAIFI có ý nghĩa gì trong đánh giá lưới điện?
    SAIDI đo thời gian mất điện trung bình của khách hàng trong một năm, SAIFI đo số lần mất điện trung bình. Chỉ số thấp thể hiện lưới điện vận hành ổn định, giảm thiểu gián đoạn cung cấp điện.

  5. Giải pháp nào giúp giảm thiểu sự cố do yếu tố bên ngoài như cây ngã, sét đánh?
    Tăng cường quản lý hành lang an toàn, phát quang cây cối, lắp đặt chống sét, kiểm tra điện trở nối đất và bảo dưỡng định kỳ thiết bị giúp ngăn ngừa sự cố do tác động môi trường, nâng cao độ tin cậy lưới điện.

Kết luận

  • Lưới điện phân phối lộ 377-E9.8 hiện đang vận hành với nhiều hạn chế về thiết bị đóng cắt và cấu trúc lưới, ảnh hưởng đến độ tin cậy cung cấp điện.
  • Tối ưu hóa vị trí lắp đặt tụ bù và thay thế thiết bị đóng cắt thủ công bằng Recloser tự động là hai giải pháp chính được đề xuất nhằm nâng cao hiệu quả vận hành.
  • Mô hình hóa và phân tích bằng phần mềm PSS/ADEPT cho thấy các giải pháp này giúp giảm đáng kể các chỉ số SAIFI, SAIDI, cải thiện chất lượng điện áp và giảm tổn thất điện năng.
  • Việc xây dựng lưới điện kín vận hành hở và ứng dụng công nghệ tự động hóa, giám sát từ xa góp phần nâng cao khả năng phục hồi cấp điện nhanh khi có sự cố.
  • Các bước tiếp theo bao gồm triển khai thực tế các giải pháp đề xuất, theo dõi đánh giá hiệu quả và mở rộng áp dụng cho các lưới điện phân phối khác trong khu vực.

Khuyến nghị các đơn vị quản lý vận hành và nghiên cứu tiếp tục phối hợp để hoàn thiện, áp dụng các giải pháp công nghệ hiện đại nhằm nâng cao chất lượng dịch vụ điện, đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế - xã hội địa phương.