Luận Văn Thạc Sĩ: Phân Tích An Toàn Vận Hành Lưới Điện Truyền Tải Tại Các Tỉnh Miền Tây Nam Bộ

Luận văn thạc sĩ phân tích an toàn vận hành lưới điện truyền tải tại các tỉnh miền Tây Nam Bộ, đánh giá hiệu quả và đề xuất giải pháp nâng cao.

• Tác giả: Lê Thành Nam
• Người hướng dẫn: GS.TS Lê Kim Hùng
• Trường học: Đại học Đà Nẵng
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
• Đề tài: Phân tích an toàn vận hành lưới điện truyền tải các tỉnh miền Tây Nam Bộ
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ kỹ thuật
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Đà Nẵng

Tóm tắt

I. Tổng quan về lưới điện truyền tải khu vực Tây Nam Bộ

Chương này cung cấp cái nhìn tổng quan về lưới điện truyền tải khu vực Tây Nam Bộ, bao gồm cấu trúc, quy mô và các thách thức trong vận hành. Công ty Truyền tải điện 4 quản lý hệ thống này, với tổng chiều dài đường dây 500 kV là 148 km, 220 kV là 2181.45 km và 110 kV là 1779 km. Hệ thống bao gồm 18 trạm biến áp 220 kV và 93 trạm 110 kV, đảm bảo cung cấp điện cho 12 tỉnh thành. Tuy nhiên, hệ thống đang đối mặt với các vấn đề như quá tải, dao động điện áp và sự cố mất điện, đặc biệt trong mùa mưa bão.

1.1. Cấu trúc lưới điện

Lưới điện khu vực Tây Nam Bộ bao gồm các đường dây 500 kV, 220 kV và 110 kV, kết nối với các nhà máy nhiệt điện như Nhà máy nhiệt điện Ô Môn, Cà Mau, và Duyên Hải. Hệ thống này đóng vai trò quan trọng trong việc truyền tải điện từ các nhà máy đến các tỉnh thành và xuất khẩu sang Campuchia. Tuy nhiên, sự phân bố tải không đồng đều và thiếu dự phòng đã gây ra nhiều vấn đề trong vận hành.

1.2. Quy mô phát triển

Theo quy hoạch, lưới điện 500 kV và 220 kV sẽ được mở rộng và nâng cấp đến năm 2020, với tổng công suất trạm biến áp 500 kV đạt 5.550 MVA và 220 kV đạt 7.500 MVA. Điều này nhằm đáp ứng nhu cầu điện ngày càng tăng và nâng cao độ tin cậy của hệ thống.

II. Quy trình phân tích an toàn vận hành hệ thống điện

Chương này trình bày quy trình phân tích an toàn vận hành hệ thống điện sử dụng phần mềm Power World Simulator. Phần mềm này cho phép mô phỏng các tình huống vận hành, bao gồm chế độ bình thường và các sự cố như cắt phần tử (N-1 và N-2). Việc phân tích giúp xác định các điểm yếu trong hệ thống và đề xuất giải pháp khắc phục.

2.1. Sử dụng Power World Simulator

Phần mềm Power World Simulator được sử dụng để mô phỏng sơ đồ lưới điện và phân tích các tình huống vận hành. Các thông số như điện áp, dòng điện và công suất được tính toán để đánh giá độ ổn định của hệ thống. Phần mềm cũng cho phép phân tích các tình huống sự cố như cắt đường dây hoặc trạm biến áp.

2.2. Phân tích các tình huống sự cố

Các tình huống sự cố được phân tích bao gồm cắt một phần tử (N-1) và cắt hai phần tử (N-2). Kết quả phân tích cho thấy các điểm yếu trong hệ thống, như quá tải đường dây hoặc dao động điện áp, từ đó đề xuất các giải pháp khắc phục.

III. Phân tích an toàn vận hành lưới điện Tây Nam Bộ

Chương này tập trung vào việc phân tích an toàn vận hành lưới điện khu vực Tây Nam Bộ dựa trên các chế độ tải khác nhau (MIN, trung bình, MAX). Kết quả phân tích cho thấy các vấn đề như quá tải đường dây và dao động điện áp, đặc biệt trong chế độ tải MAX.

3.1. Chế độ tải MIN

Trong chế độ tải MIN, hệ thống hoạt động ổn định với ít sự cố. Tuy nhiên, việc cắt một phần tử (N-1) có thể gây ra quá tải trên một số đường dây, đặc biệt là các đường dây kết nối với Nhà máy nhiệt điện Cà Mau.

3.2. Chế độ tải MAX

Trong chế độ tải MAX, hệ thống đối mặt với nhiều thách thức, bao gồm quá tải đường dây và dao động điện áp. Việc cắt hai phần tử (N-2) có thể dẫn đến mất ổn định hệ thống, đặc biệt khi các nhà máy điện hoạt động ở công suất tối đa.

IV. Giải pháp nâng cao an toàn vận hành

Chương này đề xuất các giải pháp nhằm nâng cao an toàn vận hành lưới điện khu vực Tây Nam Bộ. Các giải pháp bao gồm cải tạo nâng cấp lưới điện, bù công suất phản kháng và kết hợp cả hai phương pháp.

4.1. Cải tạo nâng cấp lưới điện

Giải pháp cải tạo nâng cấp lưới điện bao gồm việc xây dựng thêm các đường dây và trạm biến áp để giảm tải trên các đường dây hiện có. Điều này giúp nâng cao độ tin cậy và ổn định của hệ thống.

4.2. Bù công suất phản kháng

Việc bù công suất phản kháng giúp cải thiện điện áp và giảm tổn thất trên lưới điện. Các tụ bù được lắp đặt tại các trạm biến áp chính như Phú Lâm và Ô Môn để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN TRUYỀN TẢI CÁC TỈNH MIỀN TÂY NAM BỘ 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG Công ty Truyền tải điện 4 được giao quản lý vận hành lưới điện truyền tải trên các tỉnh miền Tây Nam Bộ: Long An, Tiền Giang, Bến Tre, Trà Vinh, Sóc Trăng, Bạc Liêu, Cần Thơ, Hậu Giang, Đồng Tháp, Kiên Giang, Cà Mau, Rạch Giá, Vĩnh Long. Cung cấp điện cho các phụ tải thông qua lưới điện phân phối 110 kV của Tổng Công ty Điện lực Miền Nam. Luân chuyển công suất từ các nhà máy nhiệt điện Ô Môn, Cà Mau 1, Cà Mau 2, Cần Thơ, Duyên Hải 1, Bình Thủy, Nhơn Trạch với công suất khoảng 2965 MW. Hiện nay, việc cải tạo nâng cấp, xây dựng mới nhiều tuyến đường dây, nhà máy nhiệt điện đang được tiến hành gấp rút nhằm đáp ứng nhu cầu phụ tải đang tăng nhanh với yêu cầu chất lượng điện năng ngày càng cao.

Ngoài việc cung cấp điện cho phụ tải trong khu vực, luân chuyển công suất của các nhà máy nhiệt điện, Công ty Truyền tải điện 4 còn làm nhiệm vụ trung chuyển một lượng lớn công suất 220 kV qua tuyến đường dây từ nhà máy nhiệt điện Duyên Hải.2 CẤU TRÚC LƯỚI ĐIỆN TRUYỀN TẢI CÁC TỈNH TÂY NAM BỘ Các tỉnh miền Tây Nam Bộ đang vận hành các ĐZ & TBA như sau: Tổng chiều dài đường dây 500 kV: 148 km. Tổng chiều dài đường dây 220 kV mạch đơn: 465,369 km. Tổng chiều dài đường dây 220 kV mạch kép: 797,420 km Tổng số TBA 500/220 kV: 04 trạm; TBA 220 kV: 18 trạm; TBA 110 kV: 93 trạm. Tổng dung lượng MBA 500 kV: 2x900 MVA.

6 Tổng dung lượng MBA 220 kV: 6600 MVA. Tổng dung lượng MBA 110 kV: 3873 MVA. Tổng dung lượng tụ bù dọc tại TBA 500 kV Phú Lâm: 2x50 MVAr Tổng dung lượng tụ bù ngang tại TBA 110 kV: Cây Lậy 50 MVAr, Thốt Nốt 50 MVAr, Phú Quốc 42MVAr, Kiên Lương 12 MVAr, Cà Mau 15MVAr, Rạch Giá 2x50 MVAr, Sóc Trăng 30 MVAr, Trà Vinh 10 MVAr. Trong đó Phần Trạm: - Trạm biến áp 500 kV: Phú Lâm - Trạm biến áp 500 kV: Ô Môn - Trạm biến áp 220 kV: Phú Lâm, Long An, Bình Chánh, Cây Lậy, Mỹ Tho, Bến Tre, Vĩnh Long 2, Trà Vinh, Trà Nóc, Ô Môn, Thốt Nốt, Cao Lãnh, Châu Đốc, Kiên Bình, Cà Mau 2, Bạc Liêu 2, Sóc Trăng, Rạch Giá.

- Trạm biến áp 110 kV: 93 Trạm. Phần Đường dây: - Các ĐZ 500 kV: Phú Lâm-Ô Môn, Mỹ Tho-Bến Tre ( dự kiến) - Các đường dây 220 kV mạch đơn: ĐZ 220kV Cây Lậy-Cao Lãnh; NMĐ Ô Môn-Rạch Giá; Thốt Nốt-Cao Lãnh, Châu Đốc-Kiên Bình, Kiên Bình-Rạch Giá, NMĐ Cà Mau-Sóc Trăng, NMĐ Ô môn-Sóc Trăng, NMĐ Cà Mau-Cà mau, Rạch Giá-NMĐ Cà Mau. - Các đường dây 220 kV mạch kép: ĐZ 220kV Phú Lâm-Long An 2, Phú Lâm-Bình Chánh, Long An-Cây Lậy, Cây Lậy-Vĩnh Long 2, Vĩnh Long 2-Trà Vinh, NMĐ Duyên Hải 1-Trà Vinh, NMĐ Ô Môn-Trà Nóc, NMĐ Ô Môn-Thốt Nốt, Thốt Nốt-Châu Đốc, NMĐ Ô Môn-NMĐ Cà Mau, Châu Đốc -Tà Kheo (Campuchia), Mỹ Tho-Bến Tre, NMĐ Duyên Hải-Mỏ Cày (dự kiến), NMĐ Cà Mau-Bạc Liêu. 7 - Các nhà máy nhiệt điện nối vào lưới điện truyền tải 220 kV: Nhà máy nhiệt điện Ô Môn (2x330)MW, nhà máy nhiệt điện Cà Mau 1(3x250) MW Cà Mau 2 (3x250)MW, nhà máy nhiệt điện Duyên Hải 1(622.5MW- 732MVA), nhà máy nhiệt điện Cần Thơ (4x37,5 MW-4x50MVA), nhà máy nhiệt điện Bình Thủy (33 MW).

Hệ thống điện (HTĐ) Việt Nam nói chung và lưới điện thuộc Công ty Truyền tải điện 4 đang đứng trước những thách thức lớn về yêu cầu đảm bảo độ tin cậy việc cung cấp điện.1 Bản đồ ranh giới quản lý vận hành các Công ty Truyền tải điện Xem bản đồ ở (Hình 1. Area division of PovverTransmission Companies (PTC) Hình 1.1-Sơ đồ địa bàn quản lý lưới điện của các Công ty Truyền tải điện 8 1.2 Sơ đồ hiện hữu lưới điện truyền tải các tỉnh miền Tây Nam Bộ Xem sơ đồ ở (Hình 1.2-Lưới điện truyền tải hiện hữu khu vực các tỉnh miền Tây Nam Bộ Trên lưới điện truyền tải toàn khu vực miền Tây Nam Bộ năm 2015, do lưới điện chưa đảm bảo dự phòng nên vẫn xảy ra tình trạng quá tải đường dây và TBA. Theo thống kê thì phải có một số đường dây và TBA hiện đang vận hành trong điều kiện quá tải ở một số khu vực. Chất lượng điện áp ở một số điểm nằm ngoài giới hạn cho phép ảnh hưởng đến chất lượng điện năng cũng như vận hành hệ thống.

Năm 2015 trên lưới điện PTC4 cũng đã xảy ra nhiều sự cố gây gián đoạn cung cấp điện nhất là trong mùa mưa bão. Bên cạnh đó sự phân bố tải ở các tỉnh thành trong khu vực miền Tây Nam Bộ cũng không đồng đều, có nơi phụ tải rất cao và có nơi phụ tải rất thấp.3 Khối lượng đường dây và TBA các tỉnh miền Tây Nam Bộ + Đường dây: Lưới điện truyền tải khu vực các tỉnh miền Tây Nam Bộ được trãi dài từ bờ nam Sông Tiền đến mũi Cà Mau qua 10 tỉnh thành thuộc đồng bằng sông Cửu Long: Cần Thơ, Hậu Giang, Kiên Giang, An Giang, Vĩnh Long, Đồng Tháp, Sóc Trăng, Bạc Liêu, Cà Mau và Trà Vinh. Toàn khu vực lưới điện truyền tải miền Tây Nam Bộ có 02 trạm biến áp 500 kV với tổng công suất là 1.050 MVA và 18 trạm biến áp 220 kV; 93 trạm biến áp 110 kV và 465,369 km Đường dây mạch đơn 220 kV và 797,420 km đường dây mạch kép 220 kV;1779 km đường dây 110 kV cụ thể như sau (xem số liệu bảng1.1) + Trạm biến áp: Hiện nay, lưới điện truyền tải các tỉnh Miền Tây Nam Bộ đang vận hành 02 TBA 500 kV, 18 TBA 220 kV và 93 TBA 110 kV, cụ thể như sau (xem số liệu bảng 1. + Các nhà máy nhiệt điện nối vào lưới điện truyền tải các tỉnh miền Tây Nam Bộ: Hiện các nhà máy điện cung cấp nguồn chủ yếu cho lưới điện khu vực miền Tây Nam Bộ là nhà máy Nhiệt điện Cà Mau, nhà máy Nhiệt điện Ô Môn, Nhiệt điện Cần Thơ và Nhiệt điện Duyên Hải cụ thể như sau (Xem số liệu bảng 1.3 QUI MÔ PHÁT TRIỂN LƯỚI ĐIỆN TRUYỀN TẢI CÁC TỈNH MIỀN TÂY NAM BỘ Với định hướng quy hoạch, phát triển lưới điện truyền tải và phân phối đảm bảo nhu cầu phát triển kinh tế-xã hội của khu vực, cung cấp điện đảm bảo chất lượng và độ tin cậy ngày càng được nâng cao.

Phát triển lưới điện truyền tải đồng bộ với các trung tâm nguồn điện trong khu vực, đảm bảo truyền tải an toàn, nâng cao độ tin cậy và hiệu quả vận hành của hệ thống 10 điện, phù hợp với chiến lược phát triển của ngành điện, quy hoạch phát triển của vùng và các địa phương trong vùng. Quy hoạch cũng tính đến vùng miền Tây Nam Bộ (Đồng Bằng Sông Cửu Long) có tiềm năng tốt để xây dựng trung tâm nguồn điện. Về phát triển lưới điện truyền tải 500-220 kV toàn khu vực miền Tây Nam Bộ đến năm 2020 như sau:(Bảng 1. + Lưới điện 500 kV: xây dựng mới và cải tạo nâng công suất dung lượng trạm biến áp đạt 5.550 MVA và 851 km đường dây 500 kV.

+ Lưới điện 220 kV: khối lượng lưới điện xây mới và cải tạo đến năm 2020 tăng thêm 7.500 MVA công suất trạm biến áp là 1.366 km đường dây 220 kV. + Lưới điện 110 kV: khối lượng lưới điện xây mới và cải tạo sẽ tăng thêm đến năm 2020 là 8.361 MVA công suất trạm biến áp và 2.874 km đường dây 110 kV. Vào lúc 17h00 ngày 24/05/2015 Tổng Công ty Truyền tải điện Quốc gia (EVNNPT) đã phối hợp với các tổ chức đơn vị liên quan đóng điện đưa vào vận hành MBA AT2 500kV-900MVA , tại trạm biến áp 500 kV Ô Môn thay thế MBA-AT2 hiện hữu 500kV-450MVA bằng máy biến áp 500kV-900MVA (Nâng công suất TBA 500 kV Ô Môn từ 1.500MVA) để đảm bảo cung cấp điện an toàn, liên tục nhu cầu phụ tải cho khu vực tây Sông Hậu cũng như tăng hiệu quả vận hành của hệ thống điện.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG Trong chương 1 giới thiệu tổng quan về qui mô quản lý vận hành lưới điện truyền tải các tỉnh miền Tây Nam Bộ, ranh giới địa bàn quản lý vận hành lưới điện, mặt bằng lưới điện quản lý. Qui mô quản lý về đường dây và TBA hiện tại và kế hoạch phát triển lưới điện trong tương lai đến năm 2020.

Hệ thống lưới điện Việt Nam nói chung và lưới điện truyền tải điện 4 nói riêng đang phát triển nhanh chóng và đang đứng trước khó khăn, thách thức rất lớn trong việc đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện. Đối với lưới điện của PTC4 11 quản lý vận hành cũng thường xuyên xảy ra sự cố do thiên tai, thiết bị vận hành lâu năm chất lượng suy giảm.gây gián đoạn cung cấp điện cũng như ảnh hưởng tính ổn định của toàn hệ thống. Nhìn chung hiện tại kết cấu của lưới điện truyền tải miền Tây Nam Bộ cũng chưa đáp ứng được tiêu chí sự cố N-1, nếu một số đường dây trọng yếu mang tải lớn chắc chắn phải áp dụng biện pháp sa thải phụ tải hay cải thiện lại hệ thống đường dây mới có thể giữ ổn định hệ thống và tránh nguy cơ rã lưới. Từ đó, ta nhận thấy lưới điện truyền tải miền Tây Nam Bộ cần được xem xét và phân tích.

Trong sơ đồ lưới điện truyền tải mà tác giả sẽ phân tích an toàn trong chương 3 sẽ tập trung vào sơ đồ lưới điện mô phỏng gồm các đoạn đường dây 220 kV; các trạm biến áp 220 kV; và các nhà máy nhiệt điện nối vào lưới điện do Công ty Truyền tải điện 4-PTC4 quản lý vận hành. Với qui mô phát triển lưới điện ngày càng lớn, lưới điện Công ty Truyền tải điện 4 quản lý vận hành đóng một vai trò rất quan trọng trong sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, thúc đẩy phát triển kinh tế, xã hội, an ninh quốc phòng của khu vực miền Tây Nam Bộ nói riêng và cả nước nói chung trong tình hình kinh tế hiện nay. 12 CHƯƠNG 2 QUY TRÌNH PHÂN TÍCH AN TOÀN VẬN HÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN DỰA TRÊN PHẦN MỀM POWER WORLD 2. GIỚI THIỆU CÁC QUY TRÌNH PHÂN TÍCH AN TOÀN VẬN HÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN Để phân tích an toàn vận hành của hệ thống điện (contingency analysis) ta nghiên cứu phân tích, so sánh các giá trị về điện áp, dòng, phân bố công suất trên lưới điện truyền tải trong các chế độ vận hành khác nhau.

Quá trình khảo sát, phân tích này sẽ được mô phỏng và tính toán sử dụng phần mềm Power World.