Chương 1: Giới thiệu Chương 2: Tổng quan về lưới điện phân phối và tái cấu hình khôi phục cung cấp điện cho lưới điện phân phối. Chương 3: Khôi phục cung cấp điện sau sự cố bằng phương pháp đổi nhánh Chương 4: Ví dụ kiểm chứng Chương 5: Kết luận 7 Chương 2: TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI VÀ TÁI CẤU HÌNH KHÔI PHỤC CUNG CẤP ĐIỆN CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 2. Giới thiệu lưới điện phân phối 2. Đặc điểm của lưới điện phân phối LĐPP bao gồm các Trạm biến áp (TBA) và đường dây tải điện, trực tiếp cung cấp điện năng cho các hộ tiêu thụ.
LĐPP thực hiện nhiệm vụ phân phối điện cho một địa phương thường có bán kính cung cấp điện nhỏ hơn 50 km, tuy nhiên thực tế hiện nay bán kính cấp điện có khu vực có thể lên đến 100 km. Tổng chiều dài và số lượng máy biến áp chiếm tỷ lệ lớn trong toàn hệ thống, số lượng lộ ra, nhánh rẽ lớn hơn 5 – 7 lần lưới điện truyền tải. Đường dây tuy có bán kính cấp điện ngắn nhưng cấu trúc của lưới điện phức tạp. LĐPP nhận điện từ các các trạm phân phối khu vực gồm: Trạm 110/35-22-15-10- 6 KV.
Hiện nay LĐPP của Việt Nam đang quy dần về cấp điện áp 22 KV, và một số cấp điện áp 35 KV. Hoặc một số trạm trung gian 35/22-15-10-6 KV. Phương thức cung cấp điện của LĐPP: Phân phối theo một cấp trung áp, trạm phân phối có thể là các trạm nâng áp của các nhà máy điện phân tán, hoặc trạm phân phối khu vực dạng Cao áp/Trung áp (110/35-22-15-10-6 KV). LĐPP có ảnh hưởng rất lớn đến các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật của toàn hệ thống: - Chất lượng cung cấp điện: ở đây là độ tin cậy cung cấp điện và độ dao động của điện áp, tần số tại phụ tải - Tổn thất điện năng: Thường tổn thất điện năng ở lưới phân phối lớn gấp 3 đến 4 lần so với tổn thất ở lưới truyền tải.
- Giá đầu tư xây dựng: nếu chia theo tỉ lệ cao áp, phân phối trung áp, phân phối hạ áp thì vốn đầu tư mạng cao áp là 1, mạng phân phối trung áp, hạ áp thường từ 2,5 đến 3 lần. - Xác suất sự cố: Sự cố gây ngừng cung cấp điện, hoặc cắt điện để sữa chữa, bảo quản theo kế hoạch, cải tạo, xây lắp đường dây và trạm phân phối mới… LĐPP cũng nhiều hơn lưới truyền tải. 8 Nhiệm vụ của lưới điện phân phối: - Cung cấp phương tiện để truyền tải năng lượng điện đến hộ tiêu thụ. - Cung cấp phương tiện để các công ty điện lực có thể bán điện.
- Đảm bảo chất lượng điện năng và độ tin cậy cung cấp điện. - Đảm bảo các thông số vận hành trong giới hạn cho phép. - Các hệ thống bảo vệ hoạt động tin cậy. - Đường dây, máy biến áp và các thiết bị khác không bị quá tải.
Sơ đồ nguyên lý LĐPP điển hình Lưới điện phân phối là lưới điện chuyển tải điện năng trực tiếp đến khách hàng từ các trạm biến áp trung gian. Do đặc điểm kỹ thuật và yêu cầu cấp điện nên LĐPP luôn 9 luôn được vận hành ở trạng thái mạch vòng hở (hình tia). Nhờ cấu trúc vận hành hở nên rõ le bảo vệ chủ yếu sử dụng loại rõle quá dòng.Để tái cung cấp điện cho khách hàng sau sự cố, các tuyến đường dây đều có mạch vòng liên kết với các tuyến đường dây khác khi nguồn cung cấp chính bị sự cố.Việc khôi phục cấp điện được thực hiện thông qua việc ngắt các khóa điện để cô lập vùng bị sự cố, đóng các thiết bị liên kết nguồn nằm trên các mạch vòng. Việc đóng/mở các khóa điện sẽ làm thay đổi cấu trúc của lưới điện hay lưới điện đã được tái cấu trúc.LĐPP có nhiều loại phụ tải khác nhau (sinh hoạt, thương mại dịch vụ, công nghiệp.) và các phụ tải này phân bố không đồng đều giữa các tuyến đường dây.
Mỗi loại tải lại có cao điểm khác nhau và luôn thay đổi theođồ thị phụ tải. Vì vậy, đồ thị phụ tải của chúng trên các tuyến đường dây không bằng phẳng và luôn có sự chênh lệch công suất tiêu thụ giữa các tuyến. Điều này gây ra quá tải đường dây ở vị trí này, non tải ở vị trí khác ở cùng một thời điểm… dẫn đến tổn thất trên lưới điện phân phối tăng, lưới điện vận hành không kinh tế và làm giảm độ tin cậy cung cấp điện, có nhiều khả năng xảy ra sự cố làm ảnh hưởng đến việc cung cấp điện. Các lý do vận hành hở lưới điện phân phối Chế độ vận hành bình thường của LĐPP là vận hành hở, hình tia hoặc dạng xương cá.
Để tăng cường độ tin cậy cung cấp điện, các nhà phân phối đã dần tiến tới xây dựng lưới theo cấu trúc vòng nhưng vận hành hở. Trong mạch vòng, các xuất tuyến được liên kết với nhau bằng dao cách hoặc thiết bị nối mạch vòng. Các thiết bị này vận hành ở vị trí mở, trong trường hợp cần sữa chữa hoặc sự cố đường dây, thiết bị, việc cung cấp điện không bị gián đoạn lâu dài nhờ chuyển đổi nguồn cung cấp bằng thao tác đóng cắt các dao cách ly phân đoạn, hay tự động chuyển đổi nhờ các thiết bị nối mạch vòng. So với mạng hình tia, mạng mạch vòng có chất lượng điện tốt hơn, đó chính là lý do tồn tại của mạch vòng, song lại gây phức tạp về vấn đề bảo vệ rơle.
Cấu trúc mạch vòng chỉ phù hợp cho những máy TA/HA có công suất lớn và số lượng trạm trên mạch vòng ít. Mặt khác, cùng với một giá trị đầu tư thì hiệu quả khai thác mạch vòng kín sẽ thấp hơn so với mạch hình tia. Ngoài ra, do chất lượng phục vụ của mạng hình tia đã liên tục được cải thiện, đặc biệt là những thập niên gần đây với sự xuất hiện các thiết bị tự động, việc giảm bán kính cung cấp điện do xây dựng thêm nhiều trạm phân phối trung gian, tăng tiết diện dây dẫn và bù công suất phản kháng. nên chất lượng điện mạng hình 10 tia đã được cải thiện nhiều.
Lý do vận hành hở lưới phân phối xuất phát từ nét đặt trưng của lưới phân phối: - Số phần tử lộ ra, nhánh rẽ, thiết bị bù, phụ tải của lưới phân phối nhiều hơn lưới truyền tải 5-7 lần nhưng mức đầu tư chỉ hơn 2-2.5 lần 28 - Có rất nhiều khách hàng tiêu thụ điện năng với công suất nhỏ nằm trên diện rộng, nên khi sự cố, mức độ thiệt hại do gián đoạn cung cấp điện ở lưới phân phối gây ra củng ít hơn so với sự cố ở lưới truyền tải. Các chế độ vận hành của lưới điện phân phối Do những nét đặt trưng trên, LĐPP vận hành ở trạng thái mạch vòng hở vì: - Tổng trở của lưới điện phân phối vận hành hở lớn hơn nhiều so với vận hành vòng kín nên dòng ngắn mạch khi có sự cố bé. Vì vậy chỉ cần chọn các thiết bị đóng cắt có dòng ngắn mạch chịu đựng và dòng ngắn mạch bé, nên mức đầu tư giảm đáng kể. 11 - Trong vận hành hở, các relay bảo vệ lộ ra chỉ cần dùng các lọai relay đơn giản, rẻ tiền như relay quá dòng, thấp áp…mà không nhất thiết phải trang bị các lọai relay phức tạp như relay định hướng, bảo vệ khoảng cách, so lệch… nên việc phối hợp bảo vệ relay trở nên dễ dàng hơn và kinh tế hơn.
- Chỉ cần dùng các cầu chì tự rơi (FCO) hay cầu chì tự rơi kết hợp cắt có tải (LBFCO) để bảo vệ các nhánh rẽ hình tia trên cùng một đọan trục và phối hợp với Recloser để tránh sự cố thoáng qua. - Do vận hành hở, nên khi có sự cố không bị lan tràn qua các phụ tải khác. - Do được vận hành hở, nên việc điều khiển điện áp trên từng tuyến dây dể dàng hơn và giảm được phạm vi mất điện trong thời gian giải trừ sự cố. - Nếu chỉ xem xét giá xây dựng mới lưới điện phân phối, thì phương án kinh tế là lưới điện hình tia.
Kết quả của các nghiên cứu và thống kê từ thực tế vận hành đã đưa đến kết luận: Lý do chính để lưới điện vận hành hình tia: đơn giản trong vận hành, trình tự phục hồi lại kết cấu lưới sau sự cố dễ dàng hơn, vùng mất điện bé và không lan tràn khi có sự cố, ít gặp khó khăn trong việc lập kế hoạch cắt điện cục bộ, có dòng ngắn mạch bé nên đơn giản hóa các thiết bị đóng cắt và bảo vệ trên các xuất tuyến. Thông thường, việc tái cấu trúc lưới điện cần thiết để phục hồi việc cung cấp điện cho các khách hàng sau sự cố, hoặc trong quá trình cắt điện để sửa chữa, giảm tổn thất của hệ thống và cân bằng tải để tránh quá tải trên lưới. Việc khôi phục lưới điện được thực hiện thông qua các thao tác đóng cắt các cặp khóa điện nằm trên các mạch vòng, hoặc sử dụng các nguồn phân tán hiện có trong khu vực do đó trên lưới phân phối có rất nhiều khóa điện. Nhưng lưới điện hình tia cũng có một số nhược điểm cần khắc phục là: Tổn thất công suất trên hệ thống lớn, sụt áp trên đường dây cao, và độ tin cậy cung cấp điện kém.
Để khắc phục cần thay đổi cấu hình của lưới điện.3 Mục đích tái cấu trúc lưới điện Một đường dây phân phối luôn có nhiều loại phụ tải khác nhau (sinh hoạt, thương mại dịch vụ, công nghiệp…) và các phụ tải này được phân bố không đồng đều giữa các đường dây. Mỗi loại tải lại có thời điểm đỉnh tải khác nhau và luôn thay đổi trong ngày, trong tuần và trong từng mùa. Vì vậy, trên các đường dây, đồ thị phụ tải không bằng 12 phẳng và luôn có sự chênh lệch công suất tiêu thụ. Điều này gây ra quá tải đường dây và làm tăng tổn thất trên lưới điện phân phối.
Để chống quá tải đường dây và giảm tổn thất, ngoài việc thay đổi cấu trúc lưới điện vận hành bằng các thao tác đóng/cắt các cặp khoá điện hiện có trên lưới thì việc sử dụng các nguồn phân tán là một trong những giải pháp cần xem xét. Vì vậy, trong quá trình thiết kế các loại khoá sẽ được lắp đặt tại các vị trí có lợi nhất để khi thao tác đóng/cắt các khoá này vừa có thể giảm chi phí vận hành và vừa giảm tổn thất năng lượng đồng thời kết hợp để kết nối với các nguồn phân tán khi cần thiết. Bên cạnh đó, trong quá trình phát triển, phụ tải liên tục thay đổi, vì vậy xuất hiện nhiều mục tiêu vận hành LĐPP để phù hợp với tình hình cụ thể.