Nghiên cứu các phương pháp điều chỉnh điện áp trong lưới phân phối điện áp dụng cải thiện chất lượng điện áp trong lưới phân phối điện Hưng Yên

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

-------------------------------------

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP TRONG

LƯỚI PHÂN PHỐI ĐIỆN

ÁP DỤNG CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG ĐIỆN ÁP TRONG LƯỚI

PHÂN PHỐI ĐIỆN HƯNG YÊN

Ngành: THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN

Mã sỗ:

Học viên: NGUYỄN CHÍ NHÂN

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS TRẦN BÁCH

THÁI NGUYÊN – 2008

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

MỤC LỤC

Trang

MỤC MỞ ĐẦU Trang 1

CHƢƠNG 1: LÝ THUYẾT CHUNG VỀ CHẤT LƢỢNG

ĐIỆN NĂNG VÀ ĐIỀU CHỈNH CHẤT LƢỢNG ĐIỆN NĂNG

Trang 4

1.1 Chất lƣợng điện năng. Trang 4

1.2. Các phƣơng pháp điều chỉnh điện áp. Trang 8

1.2.1 Nguyên nhân gây biến động điện áp và ảnh hưởng của

nó đến chế độ làm việc của mạng và Thiết bị điện.

Trang 8

1.2.2.Quan hệ công suất phản kháng với điện áp. Trang 10

1.2.3.Các phương pháp điều chỉnh điện áp. Trang 12

1.3 Độ lệch điện áp. Trang 14

1.3.1 Độ lệch điện áp tại phụ tải. Trang 14

1.3.2 Độ lệch điện áp trong lưới hạ áp. Trang 15

1.3.3 Diễn biến của điện áp trong lưới điện. Trang 18

1.4. Các phƣơng pháp điều chỉnh độ lệch điện áp. Trang 20

CHƢƠNG II: LƢỚI ĐIỆN HƢNG YÊN Trang 22

2.1 Cấu trúc hiện tại của lƣới điện Hƣng Yên và hƣớng phát

triển trong tƣơng lai.

Trang 22

2.2 Các thông số vận hành của lƣới điện Hƣng Yên.

2.3 Kiểm tra độ lệch điện áp của các trạm hạ áp trên lƣới

Hƣng Yên.

Trang 24

Trang 34

2.4 Đánh giá tình hình vận hành của lƣới điện Hƣng Yên -

Nội dung luận văn.

Trang 39

CHƢƠNG 3: PHƢƠNG PHÁP TÍNH TOÁN ĐIỀU CHỈNH

CLĐA - CHƢƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN.

Trang 43

3.1 Tính toán các chỉ tiêu tổng quát. Trang 43

3.2 Điều chỉnh tối ƣu độ lệch điện áp. Trang 45

3.3 Tính toán các thông số của các phần tử lƣới phân phối. Trang 46

3.3.1-Tính toán thông số dây dẫn. Trang 46

3.3.1.1 Điện trở của dây dẫn. Trang 46

3.3.1.2 Điện kháng của dây dẫn. Trang 47

3.3.1.3 Sơ đồ thay thế của dây dẫn. Trang 47

3.3.2 Tính toán thông số Máy biến áp Trang 47

3.3.2.1. Điện trở tác dụng Rb. Trang 48

3.3.2.2. Điện kháng Xb. Trang 49

3.3.2.3. Điện dẫn tác dụng Gb. Trang 49

3.3.2.4. Điện dẫn phản kháng Bb. Trang 50

3.4 Sơ đồ tính toán lƣới phân phối, phƣơng pháp tính toán. Trang 51

3.4.1 Sơ đồ lưới phân phối Trang 51

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

3.4.2 Tính toán tổn thất điện áp theo công suất. Trang 53

3.4.3 Chế độ tính toán tổn thất điện áp trong lưới phân phối. Trang 54

3.4.3.1 Các công thức áp dụng trong tính toán. Trang 54

3.4.3.2. Các chế độ cần tính toán, phương pháp tính. Trang 55

3.4.4 -Ví dụ tính toán Trang 56

3.5 Thuật toán và chƣơng trình tính. Trang 65

3.6 Kết luận Trang 76

CHƢƠNG 4: TÍNH TOÁN VÀ ĐỀ XUẤT MỘT SỐ GIẢI

PHÁP CẢI THIỆN CLĐA Ở LƢỚI PHÂN PHỐI HƢNG YÊN

Trang 78

4.1 Hiện trạng CLĐA ở Hƣng Yên. Trang 78

4.2 Phân tích các giải pháp nâng cao CLĐA và đề xuất giải

pháp nâng cao CLĐA đƣờng dây 377 Kim Động.

Trang 81

4.2.1 Điều chỉnh điện áp đầu nguồn tại trạm 110 kV Kim

Động.

Trang 82

4.2.2 Điều chỉnh đầu phân áp cố định của máy biến áp trung

gian 35/10 kV Khoái Châu.

Trang 83

4.2.3 Thay dây những đoạn có tổn thất điện áp lớn. Trang 85

4.2.4 Bù công suất phản kháng. Trang 87

MỤC KẾT LUẬN Trang 90

TÀI LIỆU THAM KHẢO Trang 91

PHỤ LỤC 1: MÃ NGUỒN CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN,

ĐIỀU CHỈNH CHẤT LƯỢNG ĐIỆN ÁP

PHỤ LỤC 2: KẾT QUẢ TÍNH TOÁN VÀ ĐIỀU CHỈNH CHẤT

LƯỢNG ĐIỆN ÁP LỘ 377 KIM ĐỘNG

PHỤ LỤC 3: ĐĨA CD PHẦN MỀM CHƯƠNG TRÌNH TÍNH

TOÁN.

Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ khoá 8 - Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

1

MỤC MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, nền kinh tế nước ta tiếp tục tăng trưởng một

cách ấn tượng, đòi hỏi nhu cầu điện phải tăng rất nhanh ở mức 15%, thậm chí

cao hơn. Để đáp ứng nhu cầu trên, nước ta cần phải mở rộng rất lớn hệ thống

điện trong thập kỷ tới. Vốn cho đầu tư cần được huy động từ tất cả các nguồn,

gồm cả vốn tự có của EVN và các khoản đầu tư lớn từ bên ngoài vào các nhà

máy điện độc lập. Đồng thời với đáp ứng nhu cầu phát triển, EVN cũng đang

tiến hành một chương trình cải cách lớn, nhằm thiết lập một cấu trúc quản lý

mới, tái cơ cấu công ty điện lực hiện nay đang thống lĩnh ngành điện và từng

bước xây dựng một thị trường điện cạnh tranh. Áp lực phải đáp ứng nhu cầu

điện tăng nhanh và cao, sự cấp bách phải huy động các nguồn vốn đầu tư cho

các nguồn điện mới và đồng thời bảo đảm những cấu trúc và cơ cấu mới đang

được hình thành trong quá trình cải cách và tái cơ cấu đáp ứng được yêu cầu

dài hạn. Sự đồng thời diễn ra trên đã tạo ra những thách thức trong thời điểm

có thể nói là kịch tính nhất đối với ngành điện ViệtNam. Tăng trưởng của nhu

cầu điện ở Việt Nam hiện nay chủ yếu do gia tăng nhu cầu điện của ngành

công nghiệp và gia tăng sử dụng điện cho sinh hoạt của người dân. Trong giai

đoạn 2011-2015, nhu cầu điện dự kiến tiếp tục tăng cao ở mức 11%/năm.

Chương trình cải cách ngành điện dài hạn của Việt Nam đã bắt đầu được triển

khai với Luật Điện lực được thông qua vào cuối năm 2004, Cục Điều tiết

Điện lực được thành lập hoạt động dưới sự giám sát của Bộ trưởng Bộ Công

thương và Lộ trình cải cách đã được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt đầu năm

2006. Những nỗ lực tái cơ cấu ngành điện và phát triển một thị trường điện

cạnh tranh là mục tiêu trong dài hạn. Điều quan trọng là cần bảo đảm rằng các

quyết định về tái cơ cấu và cổ phần hóa một loạt các đơn vị hiện trực thuộc

EVN và các thỏa thuận về phát triển các nhà máy điện độc lập phải là những

bước tiến phù hợp trong tương lai và năng lực, uy tín, hiệu lực của Cục Điều

Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ khoá 8 - Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

2

tiết Điện lực cần được thiết lập để ban hành khung điều tiết để bảo đảm khả

năng dự báo trước cho các chủ đầu tư. Đó là một nhiệm vụ hết sức khó khăn

của ngành điện, trong đó việc nâng cao chất lượng điện năng ở lưới điện phân

phối có ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng điện năng và chỉ tiêu kinh tế chung

của toàn hệ thống.

Với lưới điện phân phối việc đáp ứng những yêu cầu về chất lượng điện

năng gặp không ít khó khăn, đặc biệt ở các đường dây sử dụng các cấp điện

áp

6 kV, 10kV, 22kV, lấy qua các trạm trung gian 35/6 kV và 35/10kV không

có hệ thống điều áp dưới tải. Sự phát triển mạnh mẽ của phụ tải điện ảnh

hưởng chất lượng điện năng ở lưới điện phân phối thể hiện dễ nhận thấy là

chất lượng điện áp.

Xuất phát từ thực tiễn tác giả mong muốn đóng góp một phần những

tìm tòi, nghiên cứu của mình vào việc duy trì chỉ tiêu chất lượng điện áp trong

lưới điện phân phối có nhiều cấp điện áp nhưng không có hệ thống điều áp

dưới tải tại các trạm trung gian.

Luận văn bao gồm 4 chương và hai mục (Mục mở đầu và Mục kết luận), trong

đó:

Chương 1 Trình bày lý thuyết chung về chất lượng điện năng, các chỉ

tiêu chất lượng điện năng tại một số quốc gia và của Việt Nam, chú trọng

phân tích chỉ tiêu độ lệch điện áp, diễn biến của điện áp trong lưới điện phân

phối và các phương pháp điều chỉnh độ lệch điện áp.

Chương 2 Giới thiệu tổng quát về lưới điện tỉnh Hưng Yên, những yêu

cầu xuất phát từ thực tế về chất lượng điện năng.

Chương 3 Trình bày cụ thể phương pháp tính toán và điều chỉnh chất

lượng điện áp bao gồm kiểm tra độ lệch điện áp theo các tiêu chuẩn về chất

lượng điện áp, tính toán chỉ tiêu tổng quát, điều chỉnh tối ưu đầu phân áp cố

Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ khoá 8 - Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

3

định của các máy biến áp phân phối, áp dụng cụ thể trên một đường dây thực

tế. Trong chương này cũng trình bày các công thức tính toán các phần tử,

phương pháp tính toán, sơ đồ tương đương của lưới điện có nhiều cấp điện áp,

các chế độ tính toán tổn thất điện áp và ví dụ tính toán. Dựa trên những phân

tích về phương pháp tính thành lập những giải thuật cho phép tính toán nhanh

và chính xác, tổ hợp thành chương trình máy tính thuận tiện trong sử dụng,

khả năng ứng dụng để tính toán các sơ đồ phức tạp trong thực tế vận hành của

lưới điện phân phối.

Chương 4: Dựa trên các số liệu thu thập từ thực tế vận hành của lưới

điện Hưng Yên và chương trình máy tính đó lập, áp dụng để tính toán và đề

xuất một số giải pháp cải thiện chất lượng điện áp ở lưới phân phối Hưng

Yên.

Mục Kết luận: Đánh giá hiệu quả việc áp dụng phương pháp tính toán,

điều chỉnh điện áp trên lưới điện Hưng Yên.

Tác giả chân thành gửi lời cảm ơn tới PGS.TS Trần Bách và các thầy

cô của Bộ môn Hệ thống điện trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã tận tình

hướng dẫn, chỉ bảo giúp tác giả hoàn thành luận văn. Cảm ơn các đồng

nghiệp đã giúp đỡ trong công việc để tác giả có thời gian học tập, thu thập số

liệu viết luận văn.

Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ khoá 8 - Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

4

CHƢƠNG 1

LÝ THUYẾT CHUNG VỀ CHẤT LƢỢNG ĐIỆN NĂNG VÀ ĐIỀU

CHỈNH CHẤT LƢỢNG ĐIỆN NĂNG

1.1 Chất lƣợng điện năng.

Lưới điện được đánh giá theo 4 tiêu chuẩn chính:

1- An toàn điện.

2- Chất lượng điện năng.

3- Độ tin cậy cung cấp điện.

4- Hiệu quả kinh tế.

Chất lượng điện áp là một chỉ tiêu trong tiêu chuẩn chất lượng điện năng, nó

được đánh giá bởi các chỉ tiêu sau:

1- Độ lệch điện áp trên cực của thiết bị dùng điện so với điện áp định mức.

2- Độ dao động điện áp.

3- Độ không đối xứng.

4- Độ không sin (sự biến dạng của đường cong điện áp, các thành phần sóng

hài bậc cao ...)

Chất lượng cung cấp điện bị ảnh hưởng đáng kể bởi chất lượng điện áp

cung cấp cho khách hàng, nó bị tác động bởi các thông số trên các đường dây

khác nhau. Có thể có các dạng như: sự biến đổi dài hạn của điện áp so với

điện áp định mức, điện áp thay đổi đột ngột, những xung dốc dao động hoặc

điện áp ba pha không cân bằng. Hơn nữa tính không đồng đều như tần số thay

đổi, sự không tuyến tính của hệ thống hoặc trở kháng phụ tải sẽ làm méo dạng

sóng điện áp, các xung nhọn do các thu lôi sinh ra cũng có thể được lan

truyền trong hệ thống cung cấp. Các trường hợp này được mô tả trong hình

sau.

Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ khoá 8 - Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

5

Hình 1 - 1: Dạng sóng điện áp lý tưởng và các thay đổi của điện áp.

a) Dạng sóng điện áp lý tưởng.

b) Các dạng thay đổi của sóng điện áp.

Các xung nhọn, xung tuần hoàn và nhiễu tần số cao có tính chất khu

vực. Nó được sinh ra một số do quá trình phóng điện của các thu lôi, do tác

động đóng cắt của các van điện tử công suất, do hồ quang của các điện cực vì

vậy chỉ có thể lan truyền trong phạm vi và thời điểm nhất định. Cũng như vậy

sự biến đổi tần số thường do các lò trung, cao tần sinh ra và mức độ lan

truyền cũng không lớn. Đối với hiện tượng điện áp thấp và điện áp cao thì có

thể xảy ra ở mọi nơi và xuất hiện dài hạn.

Để ngăn ngừa các hiệu ứng có hại cho thiết bị của hệ thống cung cấp

trong một mức độ nhất định, luật và các quy định khác nhau đã tồn tại trong

các vùng khác nhau để chắc rằng mức độ của điện áp cung cấp không được ra

ngoài dung sai đã quy định. Các đặc tính của điện áp cung cấp được chỉ rõ

trong các tiêu chuẩn chất lượng điện áp thường được mô tả bởi tần số, độ lớn,

dạng sóng và tính đối xứng của điện áp 3 pha. Trên thế giới có sự dao động

tương đối rộng trong việc chấp nhận các dung sai có liên quan đến điện áp.

Các tiêu chuẩn luôn luôn được phát triển hợp lý để đáp lại sự phát triển của kỹ

thuật, kinh tế và chính trị.

Bởi vì một vài tình tiết ảnh hưởng đến điện áp cung cấp là ngẫu nhiên

trong thời gian và không gian ( vị trí ) nên một vài đặc trưng có thể được mô

Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ khoá 8 - Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

6

tả trong các tiêu chuẩn với các tham số tĩnh để thay thế cho các giới hạn đặc

biệt. Một khía cạnh quan trọng trong việc áp dụng các tiêu chuẩn là để xem

xét ở nơi nào và ở đâu trong mạng cung cấp, các đặc tính của điện áp là định

mức. Tiêu chuẩn châu Âu EN50160 chỉ rõ các đặc điểm của điện áp ở các đầu

cuối cung cấp cho khách hàng dưới các điều kiện vận hành bình thường. Các

đầu cuối cung cấp được định nghĩa là điểm kết nối của khách hàng nối vào hệ

thống cộng cộng.

EN50160 chỉ ra rằng, trong các thành viên của Eropean Communities -

Cộng đồng Châu Âu, dải biến đổi giá trị hiệu dụng (RMS) của điện áp cung

cấp trong 10 phút (điện áp pha hoặc điện áp dây) là Vn ± 10% với 95% thời

gian trong tuần. Với hệ thống 3 pha 4 dây, Vn = 230 V giữa pha và trung tính.

Nói đúng ra, điều này có nghĩa là mỗi tuần có hơn 8 giờ không có giới hạn

cho giá trị của điện áp cung cấp. Cũng có một số chỉ trích rằng dung sai điện

áp Vn ± 10% là quá rộng. Đến năm 2003, điện áp danh định và dung sai có

thể sẽ khác, các giá trị đã bắt đầu cao hơn phù hợp hơn với HD472S1. Trong

thời gian chuyển tiếp, các vùng có hệ thống 220/380V có thể sẽ đưa ra điện áp

230/400V + 6%/-10%, các vùng khác có hệ thống 240/415V sẽ đưa ra điện áp

230/400 V +10%/-6%.

Tần số của hệ thống cung cấp phụ thuộc sự tương tác giữa các máy

phát và phụ tải, giữa dung lượng các máy phát và nhu cầu của phụ tải. Điều

này có nghĩa là sẽ khó khăn hơn cho các hệ thống nhỏ, cô lập, để duy trì chính

xác tần số so với các các hệ thống nối liền đồng bộ với một hệ thống lân cận.

Trong Eropean Communities - Cộng đồng Châu Âu tần số danh định (định

mức) của điện áp cung cấp được quy định là 50Hz. Theo EN50160 giá trị

trung bình của tần số cơ bản đo được trong thời gian hơn 10s với hệ thống

phân phối nối liền đồng bộ với một hệ thống lân cận là 50Hz ±1% trong suốt

95% thời gian trong tuần và 50Hz +4% /-6% trong 100% thời gian trong tuần.