CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Lịch sử hình thành thì lưới phân phối trung thế của Việt Nam tồn tại các cấp điện áp 6, 10,15, 22 và 35kv lấy điện từ thanh cái hạ áp các trạm 110kV. Theo định hướng quy hoạch lâu dài của nghành điện thì lưới phân phối trung thế sẽ quy về cấp điện áp chuẩn là 22kV cho các khu vực đồng bằng, thị xã và trung tâm cụm huyện miền núi xung quanh các trạm 110kV; Cấp điện áp chuẩn là 35kV cho các khu vực nông thôn miền núi có phụ tải phân tán, chiều dài chuyên tải lớn, nằm xa trạm 110kV. Lưới phân phối có số lượng các phần tử trên đường dây rất nhiều, phân bố rải rác trên một diện rộng. Phụ tải trên lưới phân phối có nhiều dạng khác nhau như: An Ninh Quốc Phòng; Trung Tâm Hành Chính Sự Nghiệp; Phụ tải sinh hoạt; Chiếu sáng công cộng; Thương mại và dịch vụ; Khu công nghiệp; Phân xưởng sản xuất.
các loại phụ tải này phân bố một cách ngẫu nhiên, không đồng đều trên các lộ đường dây và chúng có thời điểm sử dụng công suất khác nhau, thay đổi trong ngày, trong tuần và trong mùa, hệ số đồng thời thấp. Khảo sát sơ đồ vận hành lưới điện phân phối của Điện Lực Bình Chánh và Điện Lực Thủ Thiêm thì các lưới phân phối có kết cấu hình tia phân đoạn hoặc không phân đoạn; Kết cấu liên kết vòng trong cùng một trạm biến áp nguồn hoặc với nhiều trạm biến áp nguồn khác nhau. Các thiết bị đóng ngắt chính có trên đường dây là các Recloser, dao cách ly, dao cắt tải, cầu chì.Máy cắt và rơ le bảo vệ chủ yếu được đặt tại các trạm đầu nguồn. Lưới phân phối hình tia không phân đoạn (Hình 1.1) có đặc điểm đơn giản, chi phí đầu tư thấp nhưng độ tin cậy không cao.
Bất cứ sự cố trên nhánh nào cũng dẫn đến bảo vệ rơ le tác động cắt máy cắt (MC) đầu nguồn và làm mất điện toàn bộ hệ thống. Máy cắt chỉ đóng lại và khôi phục cấp điện sau khi đã sửa chữa xong nhánh bị sự cố.1 Lưới hình tia không phân đoạn Lưới phân phối hình tia không phân đoạn có đặt cầu chì tại các nhánh rẽ (Hình 1.2) lúc này chỉ những sự cố trên trục chính mới dẫn đến mở máy cắt (MC) đầu nguồn và làm mất điện toàn bộ hệ thống. Sự cố tại các phân nhánh cầu chì sẽ tác động để tách phân nhánh bị sự cố ra khỏi hệ thống.2 Lưới hình tia không phân đoạn có đặt cầu chì tại các nhánh rẽ Để nâng cao độ tin cậy của lưới phân phối, người ta tiến hành phân đoạn lưới hình tia băng các thiết bị phân đoạn như: Dao cách ly, cầu dao phụ tải hay máy cắt phân đoạn.Các thiết bị này có thể thao tác tại chỗ hoặc điều khiển từ xa. Lưới phân phối hình tia có phân đoạn giải quyết được một phần nhược điểm của lưới phân phối hình tia, cô lập phân đoạn bị sự cố và tái lập nguồn cho các phân đoạn nằm phía trước.
Trường hợp sự cố gần đầu nguồn thì toàn bộ đường dây bị mất điện.3 Lưới hình tia có phân đoạn Trang 5 Lưới phân phối mạch vòng vận hành hở (Hình 1.4), mạch vòng lấy điện từ cùng một trạm hoặc từ 2 trạm khác nhau, có các thiết bị phân đoạn trong mạch vòng. Bình thường thiết bị nối vòng ở trạng thái mở, khi có sự cố hoặc cần sửa chữa đường dây thì nhân viên vận hành mới đóng, cắt thiết bị nối vòng, các thiết bị phân đoạn để điều chỉnh phương thức vận hành lưới điện. Lúc đó chỉ phân đoạn bị sự cố, sửa chữa mới bị mất điện, các phân đoạn còn lại chỉ bị mất điện trong thời gian chuyển mạch. Ngoài ra trong cấu trúc mạch vòng vận hành hở, việc lựa chọn điểm thường mở tối ưu trong mạch vòng sẽ giảm tổn thất công suất trong hệ thống, nâng cao khả năng tải của lưới điện, giảm sụt áp cuối lưới và giảm thiểu số lượng hộ tiêu thụ bị mất điện khi có sự cố hay khi cần sửa chữa đường dây.4 Lưới mạch vòng vận hành hở Các lý do vận hành mạch vòng hở: Dòng ngắn mạch trong mạch vòng kín lớn hơn so với mạch vòng hở, do đó vận hành hở sẽ giảm chi phí đầu tư cho các thiết bị về khả năng chịu đựng dòng ngắn mạch.
Khi vận hành kín phải trang bị các thiết bị bảo vệ có hướng đắt tiền hơn, nếu mạch vòng được cấp điện từ 2 nguồn độc lập thì hai nguồn phải đảm bảo điều kiện vận hành song song. Như vậy mạch vòng vận hành hở có độ tin cậy thấp hơn nhưng lại có lợi hơn về mặt kinh tế. Trong phương thức vận hành lưới mạch vòng hở, khi có sự cố thì máy cắt đầu nguồn sẽ cắt ra. Lúc này nhân viên vận hành sẽ kiểm tra và cho đóng lại đường dây.
Nếu đóng điện lần thứ nhất không thành công, nhân viên vận hành tiến hành phân đoạn, khoanh vùng để phát hiện và cô lập đoạn đường dây bị sự cố, nhanh chóng cấp điện lại cho khách hàng bằng cách đóng máy cắt đầu nguồn hoặc thiết bị nối vòng. Như vậy thời gian để xử lý cách ly sự cố thường phụ thuộc vào trình độ xử lý sự cố Trang 6 của điều độ viên, thời gian triển khai lực lượng đi thao tác tại các thiết bị phân đoạn, khoảng cách và địa hình giữa điểm trực thao tác đến các thiết bị cần phân vùng sự cố. Điều này dẫn đến phạm vi ảnh hưởng rất lớn và thời gian mất điện rất lâu cho toàn bộ phụ tải trên tuyến dây đó. + Ảnh hưởng của mất điện gây ra các hậu quả mang tính chính trị - xã hội nghiêm trọng: Với các phụ tải quan trọng như Bệnh Viện, Khu Quân Sự, Sân Bay, Trung Tâm Hành Chính.Hậu quả của việc mất điện là không thể đo đếm được.
+ Tổn thất kinh tế cho các cơ sở sản xuất, kinh doanh khi các cơ sở này phải chịu mất điện đột ngột hay theo kế hoạch. Khi mất điện đột ngột thì toàn bộ sản phẩm sẽ bị hỏng, dây chuyền ngừng sản xuất, tốn rất nhiều chi phí để khởi động lại toàn bộ hệ thống, tiêu hủy sản phẩm bị hỏng.Đặc biệt nó sẽ ảnh hưởng đến việc thu hút vốn đầu tư, tạo cảm giác e dè, lo âu về chất lượng dịch vụ cung cấp điện, nhất là các nhà đầu tư nước ngoài. + Tổn thất cho nghành điện do sản lượng không phân phối được, tăng chi phí do phải sửa chữa các hư hỏng thiết bị trên lưới, chi phí bồi thường cho khách hàng nếu việc ngừng cung cấp điện là do lỗi chủ quan. Ngoài ra nó còn ảnh hưởng đến uy tín của nghành điện.
Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, sự ra đời các thiết bị thông minh, các giải pháp tiên tiến đã từng bước giải quyết được những yêu cầu về tự động hóa cho mạng phân phối. Việc xây dựng lộ tình để từng bước ứng dụng tự động hóa trong công tác vận hành, điều độ và quản lý hệ thống điện là một đòi hỏi cấp thiết của nghành điện. Từ trước đến nay đã có rất nhiều công trình nghiên cứu, bài viết trên tạp chí khoa học của nhiều tác giả về vấn đề tự động hóa trong hệ thống điện. Bên cạnh vấn đề tự động hóa trong trạm điện thì vần đề tự động hóa xuất tuyết cho mạng phân phối cũng được rất nhiều tác giả quan tâm nghiên cứu dù với các tên gọi khác nhau như: - Đề tài “Tự động hóa mạng phân phối” – Tác giả Nguyễn Đức Huy, năm 2009.
Trong đề tài này tác giả đi sâu vào việc nghiên cứu đặc tính các thiết bị hiện có trên lưới phân phối như: Máy cắt, relay, Recloser, Sectionalizer, dao cách ly, cầu chì tự Trang 7 rơi…; Đặc điểm sự cố lưới phân phối và hiện trạng tự động hóa lưới phân phối. Từ đó tác giả đã đề xuất giải pháp tự động cho lưới phân phối với mô hình DAS (Distribution Automation System) được chia ra 03 giai đoạn đầu tư khác nhau. Mô hình DAS được xây dựng dựa trên hệ thống miniSCADA, đặt các thiết bị phân đoạn trên trục chính của đường dây, phối hợp đặc tính làm việc giữa các thiết bị bảo vệ với nhau trong mạng hình tia để tác động chọn lọc, cô lập điểm bị sự cố. Khi đó toàn bộ lưới điện được hiển thị trên màn hình theo bản đồ địa lý, các thông tin chi tiết về thiết bị lưới điện được quản lý và theo dõi liên tục; Giám sát và điều khiển lưới điện theo thời gian thực; Quản lý cơ sở dữ liệu của toàn bộ hệ thống.
Và tác giả cũng đã tiến hành thử nghiệm áp dụng giải pháp DAS cho lưới điện Cam Ranh. - Đề tài “Tự động hóa mạng phân phối” – Tác giả Hoàng Xuân Hiền, năm 2010. Trong đề tài này tác giả đã trình bày hai phần chính: + Phần 1 Tác giả giới thiệu về những kỹ thuật tự động hóa mạng phân phối thông qua một số ví dụ điển hình đang được sử dụng trên thế giới như: Tự động hóa mạng phân phối đa chức năng ở Pháp; Dự án tích hợp trạm điện ở Omaha – Hoa Kỳ. Từ đó tác giả giới thiệu những kỹ thuật để thực hiện tự động hóa mạng phân phối ADA như: Những kỹ thuật cho thiết bị điện – điển tử và hệ thống (Quản lý và điều khiển nguồn năng lượng phân phối; Các thiết bị điện tử thông minh IED; Chuẩn hóa công nghệ kết nối phổ biến; Các công nghệ cảm biến tiên tiến; Công nghệ điện tử công suất cho mạng phân phối); Kỹ thuật cho giao tiếp máy tính và hệ thống thông tin (Hệ thống giao tiếp cho ADA; Phương tiện truyền thông tiên tiến; Cơ sở dữ liệu và hệ thống thu thập dữ liệu….
Tác giả cũng đề xuất lộ trình để phát triển tự động hóa mạng phân phối tiên tiến ở Việt Nam. + Phần 2 tác giả trình bày về cấu trúc hệ thống quản lý năng lượng (EMP) ở Việt Nam; Giới thiệu nguyên tắc làm việc của hệ thống SCADA, đưa ra giải pháp thu thập dữ liệu và điều khiển trạm không người trực; Nghiên cứu giải pháp mở rộng hệ thống miniScada cho lưới điện phân phối – khu vực Miền Trung. - Đề Tài “Nghiên cứu ứng dụng tự động hóa để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện trên lưới phân phối Tp. Hồ Chí Minh” – Tác giả Nguyễn Tấn Phúc, năm 2012.
