Sử dụng thiết bị tự động cách ly phân tử sự cố trong lưới điện phân phối nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp điện và áp dụng cho điện lưới thành ph

1

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

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN

---------* ---------

Tạ Quang Thắng

SỬ DỤNG THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG CÁCH LY PHẦN TỬ SỰ CỐ

TRONG LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI NHẰM NÂNG CAO ĐỘ TIN

CẬY CUNG CẤP ĐIỆN VÀ ÁP DỤNG CHO LƢỚI ĐIỆN

THÀNH PHỐ THÁI NGUYÊN

LUẬN VĂN THẠC SĨ: THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN

Thái Nguyên, năm 2010

2

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

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN

---------* ---------

Tạ Quang Thắng

SỬ DỤNG THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG CÁCH LY PHẦN TỬ SỰ CỐ

TRONG LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI NHẰM NÂNG CAO ĐỘ TIN

CẬY CUNG CẤP ĐIỆN VÀ ÁP DỤNG CHO LƢỚI ĐIỆN

THÀNH PHỐ THÁI NGUYÊN

Chuyên ngành: Thiết bị mạng và nhà máy điện

LUẬN VĂN THẠC SĨ: THIẾT BỊ MẠ NG VÀ NHÀ MÁ Y ĐIỆ N

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS - TS Đặng Quốc Thống

Thái Nguyên, năm 2010

3

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

MỤC LỤC

MỤC LỤC ............................................................................................................................1

LỜI CAM ĐOAN.................................................................................................................5

LỜI CÁM ƠN.......................................................................................................................6

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT.....................................................................................7

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ .............................................................................................9

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ......................................................................................10

PHẦN MỞ ĐẦU.................................................................................................................11

1. Lý do lựa chọn đề tài:..................................................................................................11

2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:..............................................................................12

3. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài: .......................................................................................12

CHƢƠNG 1: NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG VỀ TỰ ĐỘNG HOÁ LƢỚI PHÂN PHỐI

.............................................................................................................................................13

1.1. Tổng quan về tự động hoá lưới phân phối: ..............................................................13

1.2 Nhiệm vụ của tự động hoá lưới phân phối:...............................................................14

1.2.1 Nâng cao chất lượng điện năng (U,f): ..............................................................14

1.2.2 Nâng cao độ tin cậy cung cấp điện:..................................................................17

1.2.3 Nâng cao chỉ tiêu kinh tế trong vận hành lưới điện:.........................................19

1.3 Đặt vấn đề nghiên cứu: .............................................................................................20

CHƢƠNG 2: SỬ DỤNG THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG ĐỂ PHÁT HIỆN VÀ CÁCH LY

PHẦN TỬ SỰ CỐ..............................................................................................................22

2.1 Phát hiện sự cố chạm đất trong lưới điện trung áp có dòng chạm đất bé: ................22

2.1.1 Bảo vệ quá dòng điện thứ tự không:..................................................................23

2.1.2 Bảo vệ quá dòng điện thứ tự không có hướng: .................................................24

2.1.3 Bảo vệ chống chạm đất chập chờn:...................................................................26

2.1.4 Bảo vệ chống chạm đất có hướng phản ứng theo hài bậc cao: ........................27

2.2 Phát hiện và cách ly phần tử hư hỏng trong lưới điện phân nhánh:..........................27

2.2.1 Phát hiện và cách ly phần tử hư hỏng theo phương pháp thủ công:.................27

2.2.2 Sử dụng dao cách ly tự động:............................................................................29

2.2.3 Sử dụng máy cắt tự đóng lại (Recloser):...........................................................30

2.3 DAS - Phương tiện hữu hiệu để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện lưới phân phối:30

CHƢƠNG 3: CÁC GIAI ĐOẠN PHÁT TRIỂN CỦA DAS..........................................32

3.1 Giai đoạn 1:...............................................................................................................33

3.1.1 Hệ thống tự động phân phối cho các đường dây trên không:...........................33

3.1.2 Hệ thống tự động phân phối cho các đường cáp ngầm: ...................................41

3.2 Giai đoạn 2:...............................................................................................................42

3.2.1 Cấu trúc:............................................................................................................42

3.2.2 Chức năng:........................................................................................................43

3.3 So sánh các phương pháp tự động hoá lưới phân phối: ............................................46

3.3.1 So sánh DAS và Recloser (phương pháp tự động hoá lưới phân phối đường dây

trên không): ................................................................................................................46

4

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

3.3.2 So sánh các phương pháp tự động hoá lưới phân phối ngầm (mạch vòng đơn,

nhiều mạch vòng, mạch dự phòng): ...........................................................................46

3.3.3 So sánh các thiết bị đóng cắt mạch điện:..........................................................47

a) So sánh các thiết bị đóng, cắt của đường dây phân phối trên không (ĐDK): ...47

b) So sánh các thiết bị đóng cắt dành cho đường cáp ngầm:.................................48

3.3.4 So sánh các hệ thống thông tin để kết nối giữa TCR và RTU, giữa TCM và

TCR: ...........................................................................................................................50

3.4 Phương hướng phát triển của DAS trong tương lai: .................................................52

CHƢƠNG 4: MÔ HÌNH PHÂN ĐOẠN LƢỚI ĐIỆN TRUNG ÁP VÀ TÍNH TOÁN

KỲ VỌNG THIẾU HỤT ĐIỆN NĂNG...........................................................................53

4.1 Mô hình I - đường dây một nguồn, không phân đoạn: .............................................53

4.2 Mô hình II - đường dây một nguồn, phân đoạn bằng dao cách ly (M phân đoạn): ..55

4.3 Mô hình III: Đường dây hai nguồn, phân đoạn bằng dao cách ly (M phân đoạn):...56

4.4 Mô hình IV - đường dây một nguồn, phân đoạn bằng DAS (M phân đoạn): ...........57

4.5 Mô hình V - đường dây hai nguồn, phân đoạn bằng DAS (M phân đoạn):..............58

CHƢƠNG 5: ÁP DỤNG DAS VÀO LƢỚI PHÂN PHỐI THÁI NGUYÊN ................59

5.1 Hiện trạng lưới điện Thái Nguyên: ...........................................................................59

5.1.1 Tổng quan về lưới điện Thái Nguyên:...............................................................59

5.1.2. Lưới điện: .........................................................................................................60

5.1.2.1. Lưới 220kV...............................................................................................60

5.1.2.2. Lưới 110kV...............................................................................................60

5.1.2.3 Lưới phân phối Thái Nguyên:....................................................................75

5.1.3 Các thiết bị đóng cắt trên lưới: .........................................................................84

a) Máy cắt: .............................................................................................................84

b) Recloser:............................................................................................................85

c) Cầu dao phụ tải:.................................................................................................86

d) Dao cách ly:.......................................................................................................86

e) Cầu chì tự rơi: ....................................................................................................86

5.1.4 Hiện trạng bảo vệ rơle: .....................................................................................86

5.1.5 Các thiết bị tự động hoá trên lưới:....................................................................88

5.1.6 Các vấn đề cần giải quyết để tự động hoá lưới Thái Nguyên:..........................88

5.2 Áp dụng DAS vào lưới phân phối Thái Nguyên:.....................................................89

5.2.1 Hiệu quả khi áp dụng DAS:...............................................................................89

5.2.2 Đề xuất giải pháp DAS cho ĐZ trung thế thuộc lưới phân phối Thái Nguyên:91

5.3 Nhận xét: ...................................................................................................................96

PHẦN KẾT LUẬN ............................................................................................................97

1. Ưu - nhược điểm của DAS:.........................................................................................97

2. Hướng mở rộng của đề tài:..........................................................................................98

3. Kết luận và kiến nghị: ...............................................................................................100

TÀI LIỆU THAM KHẢO...............................................................................................101

5

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

LỜI CAM ĐOAN

T«i xin cam ®oan ®©y lµ c«ng tr×nh nghiªn cøu cña riªng t«i.

TÊt c¶ c¸c sè liÖu vµ kÕt qu¶ trong luËn v¨n lµ trung thùc vµ ch-a tõng

®-îc c«ng bè trong bÊt kú c«ng tr×nh nµo kh¸c.

6

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

LỜI CÁM ƠN

T«i xin göi lêi c¶m ¬n ch©n thµnh, lßng biÕt ¬n s©u s¾c ®Õn:PGS -TS

§Æng Quèc Thèng ng-êi h-íng dÉn vµ chØ d¹y tËn t©m cho t«i trong

suèt qu¸ tr×nh thùc hiÖn ®Ò tµi.

T«i häc ®-îc tõ thÇy kh«ng chØ nh÷ng kiÕn thøc khoa häc quý b¸u,

ph-¬ng ph¸p nghiªn cøu mét vÊn ®Ò khã, ... mµ quan träng nhÊt, ®ã lµ

mét c¸ch sèng mÉu mùc.

7

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

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

DAS: (Distribution Automation System) – Hệ thống phân phối tự động.

SCADA: (Supervisory Control And Data Acquisition) - Hệ thống giám sát điều

khiển và thu thập dữ liệu vận hành.

EMS: (Energy Management System) - Hệ thống điều khiển các quá trình năng

lượng.

SVC: (Static Var Compensator) – Máy bù tĩnh.

SAS (Substation automation system) - Hệ thống tự động trạm.

TĐL: Thiết bị tự động đóng lại .

TĐD: Thiết bị tự động đóng dự phòng.

MC: Máy cắt.

BU: Biến điện áp.

BI: Biến dòng điện.

BTU: Biến áp tổng hợp.

U: Độ lệch điện áp.

P: Tổn thất công suất.

A: Tổn thất điện năng.

V: Độ dao động điện áp.

TĐL: Thiết bị tự động đóng lại.

TĐD: Thiết bị tự động đóng dự phòng.

DCLTĐ: Dao cách ly tự động.

DNM: dao ngắn mạch.

Recloser: Máy cắt đóng lặp lại.

CB (Circuit Breaker): Máy cắt.

SW (Switch): Cầu dao.

FDR (Fault Detecting Relay) - Rơle phát hiện sự cố.

SPS (Switch Power Supply) - Cầu dao nguồn cấp.

PVS (Pole-mounted Vacuum Switch) - Cầu dao tự động lắp trên cột.

RTU (Remote Terminal Unit) - Thiết bị đầu cuối.

8

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

FSI (Fault Section Indicator) - Bộ chỉ thị phân đoạn sự cố

CRT: Màn hình điện tử.

TCR (Telecontrol Remote Unit): Thiết bị nhận tín hiệu điều khiển từ xa.

TCM (Telecontrol Master Unit): Máy chủ điều khiển từ xa.

CD (Control Desk): Bàn điều khiển.

HTĐ: Hệ thống điện.

9

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

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 2.1: Sự cố chạm đất một pha trong lưới có dòng chạm đất bé....................................23

Hình 2.2: Sơ đồ xác định góc lệch pha 0 . .........................................................................25

Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý sử dụng chung bộ xác định hướng công suất thứ tự không cho

các xuất tuyến của một trạm. ...............................................................................................26

Hình 2.4: Sơ đồ nguyên lý bảo vệ chống chạm đất chập chờn............................................27

Hình 2.5: Sơ đồ sử dụng TĐL để loại trừ sự cố...................................................................30

Hình 2.6: Sơ đồ sử dụng Recloser để loại trừ sự cố. ...........................................................30

Hình 3.1: Cấu hình của DAS ...............................................................................................32

Hình 3.2: Cấu trúc giai đoạn 1 của DAS. ............................................................................33

Hình 3.3 Lắp đặt SPS cho lưới hình tia ..............................................................................35

Hình 3.4 Lắp đặt SPS cho lưới mạch vòng..........................................................................36

Hình 3.5: Nguyên lý hoạt động ở lưới hình tia ....................................................................39

Hình 3.6: Nguyên lý hoạt động ở lưới có nguồn cả 2 phía..................................................40

Hình 3.7: DAS áp dụng cho hệ thống cáp ngầm. ................................................................41

Hình 3.8: Cấu trúc giai đoạn 2 của DAS. ............................................................................42

Hình 3.9: Quá trình phục hồi sau sự cố. ..............................................................................45

Hình 4.1: Đường dây một nguồn, không phân đoạn............................................................53

Hình 4.2: Đường dây một nguồn, phân đoạn bằng dao cách ly...........................................55

Hình 4.3: Đường dây hai nguồn, phân đoạn bằng dao cách ly. ...........................................56

Hình 4.4: Đường dây một nguồn, phân đoạn bằng DAS.....................................................57

Hình 4.5: Đường dây hai nguồn, phân đoạn bằng DAS. .....................................................58

Hình 5.1 Sơ đồ 1 sợi trạm 220kV Thái Nguyên E6.2..........................................................66

Hình 5.2 Sơ đồ 1 sợi trạm 110kV Gò Đầm E6.3 .................................................................67

Hình 5.3 Sơ đồ 1 sợi trạm 110kV Đán E6.4........................................................................68

Hình 5.4 Sơ đồ 1 sợi trạm 110kV Lưu Xá E6.5 ..................................................................69

Hình 5.6 Sơ đồ 1 sợi trạm 110kV Phú Lương E6.6.............................................................70

Hình 5.7 Sơ đồ 1 sợi trạm 110kV Sông Công E6.7.............................................................71

Hình 5.8 Sơ đồ 1 sợi trạm 110kV Quang Sơn E6.8.............................................................72

Hình 5.9 Sơ đồ 1 sợi trạm 110kV Gang Thép E6.1.............................................................73

Hình 5.10 Sơ đồ 1 sợi các tuyến đường dây 110kV ............................................................74

Hình 5.11 Sơ đồ 1 đường dây 377 E6.2...............................................................................93

10

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

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 3.1: Các thông số chính của cầu dao PVS..................................................................34

Bảng 3.2: Các thông số chính của FDR...............................................................................35

Bảng 3.3: Thời gian tự động đóng lại. .................................................................................36

Bảng 3.4: So sánh các thiết bị đóng cắt của ĐDK...............................................................47

Bảng 3.5: So sánh các thiết bị đóng cắt dành cho đường cáp ngầm....................................48

Bảng 3.6: So sánh hệ thống thông tin hữu tuyến và vô tuyến. ............................................50

Bảng 3.7: So sánh tính năng các phương pháp thông tin cáp quang. ..................................51

Bảng 5.1 Các trạm 220-110kV hiện có của tỉnh Thái Nguyên............................................61

Bảng 5.2 Thống kê mang tải hiện tại của các đường dây cao thế:.......................................63

Bảng 5.3 Thống kê mang tải hiện tại của các đường dây trung thế sau các trạm 110kV:...77

Bảng 5.4 Thống kê mang tải hiện tại của các đường dây trung thế sau các trạm Trung gian

.............................................................................................................................................81

Bảng 5.5: Thống kê số lần sự cố (năm 2009). .....................................................................83

Bảng 5.6: Các đường dây xảy ra nhiều sự cố (năm 2009)...................................................84

Bảng 5.7: Thời gian mất điện trên các phân đoạn. ..............................................................90

Bảng 5.8: Số vụ sự cố vĩnh cửu trên đường dây trung áp....................................................91

Bảng 5.9: Công suất trung bình và chiều dài đường trục các phân đoạn thuộc lộ 377 E6.2.

.............................................................................................................................................92