Nghiên cứu phương pháp phối hợp bảo vệ của các Recloser trên lưới điện trung áp 22kV tỉnh Lạng Sơn

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu phương pháp phối hợp bảo vệ recloser trên lưới điện trung áp 22kV tỉnh Lạng Sơn, nâng cao hiệu quả vận hành.

• Tác giả: Vy Tuấn Mỹ
• Người hướng dẫn: TS. Lê Tiên Phong
• Trường học: Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp - Đại Học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
• Đề tài: Nghiên Cứu Phương Pháp Phối Hợp Bảo Vệ Của Các Recloser Trên Lưới Điện Trung Áp 22kV Tỉnh Lạng Sơn
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sỹ
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Thái Nguyên

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. Giới thiệu lưới điện trung áp tỉnh Lạng Sơn
• 1.2. Nguồn điện Khu vực Lạng Sơn được cấp nguồn chủ yếu từ Nhà máy nhiệt điện Na Dương công suất 110MVA và 4 nhà máy thủy điện
• 1.3. Trạm biến áp 110 kV
• 1.4. Lưới điện 110 kV tỉnh Lạng Sơn
• 1.5. Lưới điện trung áp
• 2. CHƯƠNG 2: GIẢI TÍCH LƯỚI VÀ TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH CHO LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP TỈNH LẠNG SƠN
• 2.1. Giới thiệu vấn đề
• 2.2. Mô hình hóa lộ 472 và 473 tỉnh Lạng Sơn trên phần mềm ETAP
• 2.2.1. Phương pháp mô hình hóa
• 2.2.2. Mô hình hóa trên phần mềm ETAP
• 2.3. Giải tích lưới điện lộ 472 và 473 tỉnh Lạng Sơn
• 2.3.1. Phương pháp giải tích lưới điện
• 2.3.2. Kết quả giải tích lưới điện lộ 472 và 473 trên phần mềm ETAP
• 2.4. Tính toán ngắn mạch
• 2.4.1. Phương pháp tính toán ngắn mạch theo chuẩn IEC 60909
• 2.4.2. Ứng dụng phần mềm ETAP tính toán ngắn mạch
• 2.5. Recloser và máy biến dòng điện
• 2.5.1. Máy biến dòng điện (CT)
• 2.6. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: PHỐI HỢP HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC RECLOSER TRONG LƯỚI ĐIỆN 22 kV TỈNH LẠNG SƠN
• 3.1. Tính toán thông số bảo vệ quá dòng điện
• 3.2. Tính toán thông số cài đặt recloser
• 3.3. Nguyên tắc phối hợp đặc tính bảo vệ
• 3.4. Kết quả mô phỏng trên phần mềm ETAP
• 3.4.1. Cài đặt recloser trên phần mềm ETAP
• 3.4.2. Kết quả mô phỏng trường hợp vận hành 2 lộ đường dây độc lập
• 3.4.3. Kết quả mô phỏng trường hợp vận hành lộ 472 cấp điện hỗ trợ lộ 473 đến CD 31-3
• 3.4.4. Kết quả mô phỏng trường hợp vận hành lộ 473 cấp điện hỗ trợ lộ 472 đến CD 86-3
• 3.5. Cài đặt thông số bảo vệ trên thiết bị thực
• 3.5.1. Phương thức kết nối
• 3.5.2. Cài đặt thông số trên phần mềm WSOS 5 cho reloser NULEC
• 3.5.3. Cài đặt thông số trên phần mềm CMS cho recloser NOJA
• 3.5.4. Kiểm tra phối hợp cài đặt trên thiết bị thực tế
• 3.6. Kết luận chương 3
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu phương pháp bảo vệ lưới điện trung áp 22kV tại Lạng Sơn

Lưới điện trung áp 22kV tại tỉnh Lạng Sơn đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp điện năng cho các khu vực dân cư và công nghiệp. Nghiên cứu này nhằm tìm hiểu và cải thiện phương pháp bảo vệ lưới điện, đặc biệt là việc sử dụng các thiết bị Recloser. Việc bảo vệ lưới điện không chỉ giúp giảm thiểu sự cố mà còn nâng cao độ tin cậy trong cung cấp điện. Các vấn đề hiện tại trong lưới điện trung áp 22kV cần được phân tích để đưa ra giải pháp hiệu quả.

1.1. Giới thiệu lưới điện trung áp 22kV tại Lạng Sơn

Lưới điện trung áp 22kV tại Lạng Sơn được cấp nguồn chủ yếu từ các trạm biến áp 110kV. Hệ thống này có sự liên kết với nhiều tỉnh lân cận, đảm bảo cung cấp điện ổn định cho các khu vực. Đặc điểm của lưới điện này bao gồm các thiết bị bảo vệ như Recloser, giúp tự động khôi phục điện sau sự cố.

1.2. Tình hình hiện tại của lưới điện trung áp 22kV

Hiện tại, lưới điện trung áp 22kV tại Lạng Sơn đang gặp phải một số vấn đề như sự cố thường xuyên và thời gian khôi phục điện lâu. Các thiết bị bảo vệ chưa hoạt động hiệu quả, dẫn đến việc mất điện kéo dài. Cần có các nghiên cứu sâu hơn để cải thiện tình hình này.

II. Vấn đề và thách thức trong bảo vệ lưới điện trung áp 22kV

Bảo vệ lưới điện trung áp 22kV tại Lạng Sơn đang đối mặt với nhiều thách thức. Các sự cố ngắn mạch và quá tải thường xuyên xảy ra, gây ảnh hưởng đến chất lượng điện năng. Việc phối hợp giữa các thiết bị bảo vệ như Recloser và rơ le cũng gặp khó khăn, dẫn đến tình trạng nhảy vượt cấp và mất chọn lọc.

2.1. Các sự cố thường gặp trên lưới điện

Các sự cố như ngắn mạch và quá tải là những vấn đề chính ảnh hưởng đến lưới điện trung áp 22kV. Những sự cố này không chỉ gây mất điện mà còn làm giảm độ tin cậy của hệ thống điện. Cần có các biện pháp bảo vệ hiệu quả hơn để giảm thiểu rủi ro.

2.2. Khó khăn trong việc phối hợp thiết bị bảo vệ

Việc phối hợp giữa các thiết bị bảo vệ như Recloser và rơ le gặp nhiều khó khăn. Đặc tính bảo vệ chưa được tối ưu hóa, dẫn đến tình trạng nhảy vượt cấp và mất chọn lọc. Cần nghiên cứu các phương pháp phối hợp hiệu quả hơn để nâng cao độ tin cậy của lưới điện.

III. Phương pháp nghiên cứu và giải pháp bảo vệ lưới điện 22kV

Nghiên cứu này áp dụng các phương pháp phân tích và mô phỏng để đánh giá hiệu quả của các thiết bị bảo vệ trên lưới điện trung áp 22kV. Các giải pháp được đề xuất nhằm cải thiện tính năng bảo vệ và giảm thiểu sự cố. Việc sử dụng phần mềm mô phỏng như ETAP giúp đánh giá chính xác các thông số bảo vệ.

3.1. Phương pháp mô phỏng lưới điện

Sử dụng phần mềm ETAP để mô phỏng lưới điện trung áp 22kV giúp đánh giá các thông số bảo vệ. Phương pháp này cho phép phân tích các tình huống khác nhau và đưa ra giải pháp tối ưu cho việc bảo vệ lưới điện.

3.2. Đề xuất giải pháp cải thiện bảo vệ lưới điện

Các giải pháp cải thiện bảo vệ lưới điện bao gồm việc tối ưu hóa thông số cài đặt cho Recloser và rơ le. Cần thực hiện các thử nghiệm thực tế để đánh giá hiệu quả của các giải pháp này trong việc giảm thiểu sự cố và nâng cao độ tin cậy.

IV. Ứng dụng thực tiễn và kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc áp dụng các phương pháp bảo vệ mới có thể giảm thiểu sự cố và nâng cao hiệu quả vận hành lưới điện trung áp 22kV. Các thiết bị Recloser được cài đặt với thông số tối ưu đã cho thấy sự cải thiện rõ rệt trong việc khôi phục điện sau sự cố.

4.1. Kết quả mô phỏng và thực nghiệm

Kết quả mô phỏng trên phần mềm ETAP cho thấy các thông số bảo vệ được tối ưu hóa giúp giảm thiểu thời gian khôi phục điện. Các thử nghiệm thực tế cũng xác nhận tính hiệu quả của các giải pháp đề xuất.

4.2. Ứng dụng các giải pháp vào thực tiễn

Các giải pháp bảo vệ lưới điện đã được áp dụng vào thực tiễn tại Lạng Sơn, giúp nâng cao độ tin cậy và chất lượng cung cấp điện. Việc theo dõi và đánh giá liên tục là cần thiết để đảm bảo hiệu quả lâu dài.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của lưới điện trung áp 22kV

Nghiên cứu phương pháp bảo vệ lưới điện trung áp 22kV tại Lạng Sơn đã chỉ ra rằng việc cải thiện các thiết bị bảo vệ là cần thiết để nâng cao độ tin cậy của hệ thống điện. Tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các công nghệ mới để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về điện năng.

5.1. Kết luận về nghiên cứu

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc tối ưu hóa các thiết bị bảo vệ như Recloser có thể cải thiện đáng kể hiệu quả vận hành lưới điện trung áp 22kV. Các giải pháp đề xuất đã được kiểm chứng và cho thấy tính khả thi cao.

5.2. Triển vọng phát triển lưới điện trong tương lai

Tương lai, lưới điện trung áp 22kV tại Lạng Sơn cần được đầu tư nâng cấp và áp dụng các công nghệ mới. Việc nghiên cứu và phát triển các giải pháp bảo vệ hiện đại sẽ giúp nâng cao độ tin cậy và chất lượng cung cấp điện cho người dân.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Giới thiệu lưới điện trung áp tỉnh Lạng Sơn 1.1 Nguồn điện Khu vực Lạng Sơn được cấp nguồn chủ yếu từ Nhà máy nhiệt điện Na Dương công suất 110MVA và 4 nhà máy thủy điện: Cấm Sơn (4,5 MW), Bản Quyền (1 MW), Bắc Khê (2,4 MW), Thác Xăng (20 MW). Trong đó nhà máy thủy điện Thác Xăng hòa vào lưới 110 kV, các nhà máy thủy điện khác kết nối lưới trung áp. Lưới 110 kV có liên kết với các tỉnh Bắc Giang, Quảng Ninh và Cao Bằng. Lưới trung áp có liên kết mạch vòng 35kV với 05 tỉnh Bắc Giang, Quảng Ninh, Thái nguyên, Cao Bằng và Bắc Cạn.

Hiện đang nhận hỗ trợ nguồn qua các mạch vòng trung áp với công suất 16 MW. Ngoài ra hiện TKV – Tập đoàn công nghiệp than khoáng sản Việt nam đang triển khai dự án Nhiệt điện Na Dương II, công suất 110 MVA dự kiến đóng điện năm 2020. Đặc điểm của các nhà máy điện trên địa bàn tỉnh Lạng Sơn được mô tả trong Bảng 1. 1 Các nhà máy điện trên địa bàn tỉnh Lạng Sơn Công suất, Điện áp, TT Tên nhà máy Địa điểm Số tổ máy MW kV 1 NĐ.

Lộc Bình 2 2x55 110 2 TĐ Thác Xăng H. Bình Gia 2 2x10 110 3 TĐ Cấm Sơn H. Hữu Lũng 3 3x1,5 35 4 TĐ Bản Quyền H.2 Trạm biến áp 110 kV Toàn bộ phụ tải tỉnh Lạng Sơn được cấp điện từ 4 trạm 110 kV là Lạng Sơn (E13.2) công suất 2x40 MVA - điện áp 110/35/22 kV; Đồng Mỏ (E13.1) công suất 2x25 MVA - 110/35/22 kV; Đồng Đăng (E13.6) công suất 2x40 MVA - 110/35/22 kV 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] và XM Đồng Bành (E13.4) công suất 25 MVA -110/6 kV là trạm chuyên dùng cấp cho nhà máy xi măng Đồng Bành. Thông số vận hành của các TBA 110kV trên địa bàn tỉnh Lạng Sơn theo như Bảng 1.

2 Thông số vận hành và nhu cầu phụ tải các trạm biến áp 110 kV Công suất định Pmax, Pmin, Mang tải, TT Tên TBA mức, MVA MW MW % 1 Đồng Mỏ (E13. Lưới điện 110 kV tỉnh Lạng Sơn Lưới điện 110kV được liên kết với hệ thống điện miền Bắc qua 03 đường dây: - Đường dây 110 kV Lạng Sơn - Quảng Uyên, dây dẫn AC-185, chiều dài 114,135km liên kết lưới điện 110 kV tỉnh Cao Bằng; - Đường dây 110 kV XM Đồng Bành - Bắc Giang, dây dẫn AC-150, chiều dài 50km liên kết lưới điện 110 kV tỉnh Bắc Giang; - Đường dây 110 kV Na Dương - Tiên Yên, dây dẫn AC-240, chiều dài 61,83 km liên kết lưới điện 110 kV tỉnh Quảng Ninh. Ngoài ra, còn có các đường dây 110 kV liên kết các trạm 110 kV trên địa bàn tỉnh và nhà máy nhiệt điện Na Dương: - Đường dây 110 kV mạch kép Na Dương - Lạng Sơn, dây dẫn AC-185, chiều dài 38,5 km; - Đường dây 110 kV Lạng Sơn - Đồng Mỏ, dây dẫn AC-185, chiều dài 40,2 km; 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] - Đường dây 110 kV Đồng Mỏ - XM Đồng Bành, dây dẫn AC-150, chiều dài 12km. Chi tiết thông số vận hành các tuyến đường dây 110 kV trên địa bàn tỉnh Lạng Sơn trong năm 2019 trong Bảng 1.

3 Thông số, tình hình vận hành các đường dây 110 kV Chiều Số Dây dẫn, Pmax, Mang tải TT Tên tuyến dây dài, mạch mm2 MW (%) km 171A13.0 Na dương - 1 1 AC-185 41.1 Đồng Mỏ - 2 1 AC-185 38.0 Na dương - 3 1 AC-185 41.0 Na Dương - 5 1 AC-185 34.4 Đồng Bành 7 1 AC-150 12.1 Đồng Mỏ b, Lưới điện trung áp: - Trạm biến áp 110 kV Đồng Mỏ xã Quang Lang – huyện Chi Lăng với công suất 2x25 MVA -110/38,5/10,5 kV với các xuất tuyến ngăn lộ đường dây + Lộ 372: Cấp điện cho một phần phụ tải huyện Chi Lăng và là lộ đường dây dự phòng cấp điện cho 1 phần huyện Hữu Lũng khi cần thiết chiều dài 21,2km và Pmax = 1,2MW. 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] + Lộ 373: Cấp điện cho phụ tải dọc đường 1A từ trạm 110kV lên phía TP Lạng Sơn, cấp điện các xã Mai sao, Nhân lý, Quan Sơn đường trực đường dây có liên kết mạch vòng với đường dây 375E13.2 Lạng Sơn tổng chiều dài 21,2km và Pmax = 10,4MW. + Lộ 374: Dự phòng + Lộ 375: Cấp điện một phần huyện Chi Lăng, một phần huyện Văn Quan, Bình Gia và toàn bộ huyện Bắc Sơn tổng chiều dài lộ dây 375,865km và Pmax = 13,3MW. + Lộ 377: Cấp điện một phần huyện Chi Lăng và thường xuyên cấp hỗ trợ cấp điện lộ 379 Hữu Lũng tổng chiều dài 13,393km và Pmax = 1,2MW.

- Trạm biến áp 110kV Lạng Sơn với công suất 2x40MVA -110/38,5/23kV với các xuất tuyến ngăn lộ đường dây + Lộ 373: Cấp điện cho một phần phụ tải huyện Cao lộc và toàn bộ huyện Lộc Bình, Đình Lập chiều dài 526,894km và Pmax = 18,9MW. + Lộ 374: Dự phòng + Lộ 375: Cấp điện cho một phần khu vực Thành phố và một phần nhỏ huyện Văn Quan tổng chiều dài 108,062km và Pmax = 2,7MW. + Lộ 376: Cấp điện một phần huyện Cao Lộc tổng chiều dài 116,007km và Pmax = 4MW. + Lộ 471: Cấp điện khu vực Thành Phố tổng chiều dài 26,4km và Pmax = 13,02MW.

+ Lộ 472: Cấp điện khu vực Thành Phố, một phần huyện Cao Lộc tổng chiều dài 47,63km và Pmax = 8,5MW. + Lộ 473: Cấp điện khu vực Thành Phố tổng chiều dài 20,07km và Pmax = 15,9MW. + Lộ 474: Cấp điện khu vực Thành Phố tổng chiều dài 11,19 km và Pmax = 12,7 MW. + Lộ 475: Dự phòng + Lộ 476: Cấp điện khu vực Thành phố tổng chiều dài 21,64 km và Pmax = 6 MW.

- Trạm biến áp 110kV Đồng Đăng với công suất 2x40 MVA -110/38,5/23 kV với các xuất tuyến ngăn lộ đường dây. + Lộ 372: Cấp điện cho khu vực cửa khẩu Tân Thanh huyện Văn lãng chiều dài 57,496 km và Pmax = 4,1 MW. 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] + Lộ 374: Cấp điện cho khu vực Hồng Phong huyện Cao Lộc chiều dài 17,767 km và Pmax = 13,2 MW. + Lộ 375: Cấp điện khu vực của khẩu Hữu Nghị huyện Cao Lộc tổng chiều dài 21,404 km và Pmax = 5 MW.

+ Lộ 376: Dự Phòng + Lộ 377: Cấp điện Khu vực Na Sầm huyện Văn Lãng và toàn bộ huyện Tràng Định tổng chiều dài 428,668 km và Pmax = 22,6 MW. + Lộ 471: Cấp điện khu vực Thị trấn Đồng Đăng huyện Cao Lộc tổng chiều dài 8,71 km và P max = 6,1 MW. + Lộ 473: Liên lạc hỗ trợ trạm 110 kV Thành Phố 8,19 km và Pmax = 2 MW. - Trạm biến áp 110 kV Hữu Lũng với công suất 2x40 MVA -110/38,5/23 kV với các xuất tuyến ngăn lộ đường dây.

+ Lộ 371: Dự phòng. + Lộ 373: Cấp điện cho khu vực thị trấn huyện Hữu Lũng chiều dài 25,34 km và Pmax = 9,2 MW. + Lộ 375: Cấp điện khu vực Đồng Tân, Hữu Liên tổng chiều dài 42,9km và Pmax = 3,5 MW. + Lộ 377: Cấp điện khu vực xã Yên Bình, xã Quyết Thắng tổng chiều dài chiều dài 74,6 km và Pmax = 1,5 MW.

+ Lộ 379: Cấp điện dọc quốc lộ 1A liên lạc mạch vòng với đường dây lộ 372E13.1 Đồng Mỏ tổng chiều dài chiều dài 16,33 km và Pmax = 1,5 MW. + Lộ 381: Cấp điện dọc quốc lộ 1A và khu vực Hòa Lạc, Hòa Sơn tổng chiều dài chiều dài 52,5 km và Pmax = 4,5 MW. 4 Thông số, tình hình vận hành các đường dây trung áp Vận hành Mang Tiết diện Chiều dài Ghi TT Tên đường dây Icp Pmax tải (mm2) (km) chú (A) (MW) (%) A Cấp điện áp 35kV I TBA 110kV Lạng Sơn 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Vận hành Mang Tiết diện Chiều dài Ghi TT Tên đường dây Icp Pmax tải (mm2) (km) chú (A) (MW) (%) 1 373E13.2 95,70, 50 126,536 330 2,4 11 II TBA 110kV Đồng Mỏ 120, 95,70, 5 372E13.1 95,70, 50 16,331 330 1,7 8 III TBA 110kV Đồng Đăng 120, 95,70, 11 372E13.6 Dự phòng 120, 95,70, 10 374E13.6 120 1,1 390 12,4 49 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Vận hành Mang Tiết diện Chiều dài Ghi TT Tên đường dây Icp Pmax tải (mm2) (km) chú (A) (MW) (%) IV TBA 110kV Hữu Lũng 120, 95,70, 15 373E13.7 74,957 390 3,8 15 50 B Cấp điện áp 22kV TBA 110kV Lạng Sơn ACX-150; 1 471E13.2 14,823 390 4,9 32 95;70;50 TBA 110kV Đồng Đăng 120,95, 70, 6 471E13.6 7,605 390 0,6 4 50 8 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Vận hành Mang Tiết diện Chiều dài Ghi TT Tên đường dây Icp Pmax tải (mm2) (km) chú (A) (MW) (%) 120,95, 70, 7 473E13.1 70,50 7,818 265 0,5 11 TG Tràng Định 2 70,50 94,938 265 3,6 76 971+973 TG Văn Quan 3 70,50 37,009 265 1,1 22 971+973 TG Bắc Sơn 4 70,50 48,22 265 3,0 65 971+973 974 TG Hữu 5 70,50 22,737 265 2,3 49 Lũng 1 972 TG Hữu 6 95,70,50 10,826 330 1,4 23 Lũng 1 971 TG Hữu 7 70,50 23,167 265 1,2 26 Lũng 2 973 TG Hữu 8 70,50 16,273 265 1,4 29 Lũng 2 1.2 Hệ thống bảo vệ rơ le hiện tại trong lưới điện trung áp 22 kV tỉnh Lạng Sơn 1.1 Phương thức vận hành lưới điện, đặc điểm lưới điện - Lưới điện 22 kV tỉnh Lạng Sơn gồm 07 lộ đường dây, cấp điện cho các phụ tải quan trọng (khu vực Thành Phố, thị trấn). - Các đường dây vận hành hình tia đa số các đường dây này đều được liên kết mạch vòng, vận hành hở với nhau (hỗ trợ cấp điện khi cần thiết nâng cao độ tin cậy cung cấp điện).

9 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] - Để đảm bảo nâng cao độ tin cậy các lộ đường dây 22kV này thường xuyên cấp điện qua lại lẫn nhau, do phụ tải tương đối lớn không thể cấp điện hoàn toàn mà chỉ cấp điện một phần phụ tải hỗ trợ. Tuy nhiên với sự thay đổi cấp điện này đồng nghĩa với việc trào lưu công suất trên lộ đường dây thay đổi, phối hợp các thiết bị bảo vệ trên lưới cũng cần phải phù hợp (trị số, thời gian tác động) đảm bảo tác động chọn lọc lưới điện. - Do phụ tải của lộ đường dây này tập trung nên bán kính cấp điện không lớn, tiết diện dây dẫn đường trục các lộ đường dây AC/XLPE 150, 120, 95 tổn thất điện năng tương đối thấp (1,39%). Tạm thời đảm bảo yêu cầu độ tin cậy cung cấp điện và tổn thất điện năng.2 Các thiết bị bảo vệ trên lưới điện a.