Chương 1: Tổng quan về lưới phân phối 2 Chương 2: Ảnh hưởng của nguồn điện mặt trời đến hệ thống điện Chương 3: Ảnh hưởng của nguồn điện mặt trời đến sự hoạt động của RLBV lưới phân phối Chương 4: Đánh giá ảnh hưởng của điện mặt trời áp mái tới hệ thống BVRL trên ĐZ 370E1.4 Hà Đông Chương 5: Kết luận và hướng nghiên cứu tiếp theo 3 CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 2.1 Tổng quan về lưới phân phối Lưới điện là tập hợp toàn bộ các đường dây và trạm biến áp kết nối với nhau theo những nguyên tắc nhất định có chức năng truyền tải điện năng từ nơi sản xuất tới nơi tiêu thụ. Mỗi loại lưới lại có các tính chất vật lý và quy luật hoạt động khác nhau [1]. Trên hệ thống điện Việt Nam, lưới điện được chia ra thành 2 loại lưới chính: Lưới truyền tải (từ 220kV trở lên) nối liền các nhà máy điện với nhau và với các nút phụ tải khu vực – các trạm biến áp trung gian khu vực, tạo ra hệ thống điện lớn.
Lưới phân phối là phần lưới điện sau các trạm biến áp trung gian, kết nối trực tiếp với lưới truyền tải để cấp điện tới các phụ tải tiêu thụ điện. Lưới phân phối được phân chia thành lưới phân phối cao áp (110kV), lưới phân phối trung áp (6, 10, 15, 22, 35kV) và lưới phân phối hạ áp (0,4kV) Lưới điện phân phối trung áp (sau đây gọi tắt là Lưới điện phân phối - LPP) làm nhiệm vụ phân phối điện năng từ các trạm trung gian (hoặc trạm khu vực hoặc thanh cái nhà máy điện) cho các phụ tải. Lưới phân phối có nhiệm vụ chính trong việc đảm bảo chất lượng phục vụ phụ tải, bao gồm cả chất lượng điện áp và độ tin cậy cung cấp điện. Các khối cơ bản của LPP là: Trạm biến áp trung gian, biến đổi điện năng sơ cấp của máy biến áp (MBA) ở các cấp điện áp cao (110kV, 220kV) cấp cho các LPP địa phương, thường được trang bị bộ chuyển đổi đầu phân áp để nâng cao chất lượng điện áp của mạng địa phương.
Lưới phân phối trung áp được thiết kế dưới dạng đường dây không hoặc cáp ngầm, có cấp điện áp 6kV, 10kV, 22kV, 35kV thiết kế phù hợp với địa hình từng khu vực, có nhiệm vụ cấp điện cho các trạm biến áp phân phối hạ áp Trạm biến áp phân phối hạ áp, với mật độ dày đặc trên lưới phân phối, biến đổi điện năng từ cấp điện áp trung áp xuống cấp điện áp hạ áp 4 (0,4kV) cấp điện trực tiếp cho phụ tải. Trạm biến áp phân phối hạ áp có thể xây dựng dưới dạng trạm treo, trạm bệt, trạm hợp bộ tùy theo công suất, yêu cầu của phụ tải hạ áp.1 Đặc điểm lưới phân phối trung áp Có 2 loại lưới phân phối điện trung áp được sử dụng trên thế giới và Việt Nam: a. Lưới phân phối trung áp 3 pha 3 dây Lưới này chỉ có 3 dây pha, các máy biến áp phân phối được cấp điện bằng điện áp dây. Đặc điểm của lưới này là nếu trung tính MBA không nối đất, khi có chạm đất một pha, nếu dòng chạm đất do điện dung các pha đối với đất lớn sẽ xảy ra hồ quang lặp lại, hiện tượng này gây quá điện áp khá lớn (đến 1,7 lần điện áp pha) có thể làm hỏng cách điện của đường dây và máy biến áp.
Để khắc phục người ta nối đất trung tính các cuộn dây của máy biến áp (gọi là nối đất làm việc). Trung tính của máy biến áp được nối đất theo các cách sau đây: Nối đất trực tiếp: Nối đất trực tiếp trung tính MBA không qua tổng trở Nối đất qua tổng trở: tổng trở có thể là điện trở hay điện kháng nhằm giảm dòng ngắn mạch xuống mức cho phép. Nối đất qua cuộn dập hồ quang: điện kháng của cuộn dập hồ quang (còn gọi là cuộn Petersen) tạo ra dòng điện cảm triệt tiêu dòng điện điện dung khi chạm đất làm cho dòng điện tổng đi qua điểm chạm đất nhỏ đến mức không gây ra hồ quang lặp lại. Do đó chạm đất một pha lưới điện vẫn vận hành được.
Nhược điểm khi chạm đất 1 pha thì pha lành chịu điện áp dây, nên phải chế tạo cách điện các pha theo áp dây, sự cố hồ quang dao động có thể gây quá điện áp trên cách điện, cuộn dập hồ quang phải được điều chỉnh để thích nghi với cấu trúc vận hành của lưới điện, sơ đồ phức tạp và khó tìm chỗ chạm đất, ngoài ra giá thành cao. Trong trạng thái bình thường, có dòng điện giữa các pha và đất do điện dung pha-đất sinh ra nhưng 3 dòng này triệt tiêu nhau nên không có dòng điện đi vào đất. Khi 1 pha chạm đất, ví dụ pha C chạm đất thì đất mang điện áp pha C 5 (hình 2.1), dòng điện do điện dung pha C là ICc=0, do đó xuất hiện dòng điện dung IC=ICa+ ICb đi vào điểm chạm đất và gây hồ quang. Nếu có nối đất trung tính máy biến áp thì khi pha C chạm đất, khi đó do dòng điện đi vào đất sẽ là Iđ=Inđ+IC.
Nếu nối đất trực tiếp hay qua điện trở, điện kháng thì dòng này có giá trị khá lớn (là dòng ngắn mạch một pha) và làm cho máy cắt đầu đường dây chạm đất khỏi nguồn điện. Nếu là cuộn dập hồ quang thì dòng này sẽ là dòng điện cảm IL ngược pha với dòng IC, tạo ra dòng điện tổng Iđ=IL+IC có giá trị rất nhỏ (xung quanh 0) nên không gây hồ quang và đường dây không bị cắt điện. Lưới phân phối trung áp 3 pha 4 dây Lưới này ngoài 3 dây pha còn có một dây trung tính, các máy biến áp phân phối được cấp điện bằng điện áp dây (máy biến áp 3 pha) hoặc điện áp pha (máy biến áp 1 pha). Trung tính của các cuộn dây trung áp được nối đất trực tiếp.
Đối với loại lưới điện này khi chạm đất là ngắn mạch. Sơ đồ lưới phân phối trung áp a) LPP 3 pha 3 dây b) LPP 3 pha 4 dây c) Sơ đồ nguyên lý chạm đất 1 pha LPP 2.2 Cấu trúc lưới điện phân phối Lưới điện phân phối với mật độ khá dày đặc, là lưới trung gian kết nối giữa các trạm biến áp trung gian (nguồn) và các khách hàng tiêu thụ điện năng (phụ tải). Cấu trúc lưới phân phối được chia làm 3 loại chính: Cấu trúc hình tia không phân đoạn (hình 1.2), cấu trúc hình tia phân đoạn (hình 1.3) và cấu trúc mạch vòng kín vận hành hở (hình 1. Cấu trúc lưới điện phân phối Ở các đô thị lớn, LPP thường là lưới cáp điện ngầm với mật độ phụ tải rất cao, độ tin cậy cung cấp điện được yêu cầu cao nên cấu trúc thường gặp của lưới là cấu trúc mạng kín vận hành hở.
Ở các vùng nông thôn LPP thường thấy là đường dây trên không mật độ phụ tải không cao, mức độ đòi hỏi về tin cậy cung cấp điện thấp hơn khu vực đô thị nên cấu trúc được lựa chọn là lưới hình tia. Các trục chính được yêu cầu có các thiết bị phân đoạn để tăng độ tin cậy. Các thiết bị phân đoạn có thể là dao cách ly, cầu dao phụ tải, thiết bị tự đóng lại (TĐL) hoặc cao hơn có thể là máy cắt phân đoạn.2 Hệ thống bảo vệ lưới phân phối Để đảm bảo hệ thống điện hoạt động hiệu quả trong vận hành, nhất là khi xuất hiện sự cố, các thiết bị bảo vệ và hệ thống bảo vệ rơle có vai trò vô cùng quan trọng. Thiết bị bảo vệ phải theo dõi liên tục các chế độ vận hành của HTĐ nói chung cũng như của từng khu vực lưới điện nói riêng, phát hiện kịp thời những hư hỏng và chế độ làm việc không bình thường của HTĐ.
Lưới phân phối có nhiều cấp điện áp khác nhau, có phạm vi phân phối theo vùng trong thành phố, huyện, thị xã, có bán kính cấp điện quá dài so với quy định, trên đó có nhiều trạm biến áp trung gian (TBATG), TBA phụ tải và nhiều nhánh rẽ đấu nối vào đường trục chính. Để bảo vệ cho lưới phân phối hình tia người ta dùng bảo vệ chính là bảo vệ quá dòng và các máy cắt đặt tại đầu các phân đoạn, kết hợp với việc đặt các cầu chì bảo vệ đầu các rẽ nhánh và thiết bị tự đóng lại giữa đường dây tăng cường độ tin cậy cung cấp điện khi xuất hiện ngắn mạch thoáng qua. Một đường dây trung áp hình tia điện áp 35 kV được trang bị những thiết bị bảo vệ phổ biến như sau: Hình 2. Mô hình hệ thống bảo vệ đường dây lưới phân phối trung áp điển hình 9 Bảo vệ quá dòng và máy cắt được trang bị ở đầu đường dây dùng để mục đích cách ly các sự cố vĩnh cửu trên toàn lưới điện.
Khi dòng điện sự cố trong lưới điện đạt đến giá trị dòng điện khởi động của rơle bảo vệ quá dòng, thì rơle sẽ gửi tín hiệu tác động đến máy cắt để máy cắt tác động. Tốc độ tác động tỉ lệ thuận với biên độ của dòng điện ngắn mạch. Cầu chì được sử dụng để cách ly các sự cố vĩnh cửu ở phía phụ tải. Rơle tự động đóng lại trên lưới điện cũng được trang bị rơle bảo vệ quá dòng và quá dòng thứ tự không, sử dụng để cách ly các sự cố vĩnh cửu xảy ra trên đoạn đường dây BC.
Ngoài ra tự động đóng lại còn có nhiệm vụ loại trừ các sự cố thoáng qua trên lưới điện. Nếu có sự cố thoáng qua trên đoạn đường dây BC, rơle tự động đóng lại sẽ tác động cắt đoạn đường dây BC ra rất nhanh (bảo vệ tác động nhanh), sau một khoảng thời gian khi sự cố thoáng qua trên đoạn dây BC biến mất (thường sau vài giây) thì tự động đóng lại sẽ khởi động quá trình tự động đóng lặp lại để đóng đoạn đường dây BC vào lưới điện. Còn nếu sự cố là sự cố vĩnh cửu thì ngay sau khi tự động đóng lại thành công thì tự động đóng lại tiếp tục tác động cắt đoạn đường dây BC ra khỏi lưới điện, sau đó chức năng tự động đóng lại sẽ không khởi động quá trình tự động đóng lại nữa. Tự động đóng lại giúp năng cao độ tin cậy cung cấp cho lưới điện lên rất nhiều, vì có đến 70%- 80% sự cố trong lưới điện là do sự cố thoáng qua.1 Bảo vệ quá dòng điện có thời gian 2.