Tài liệu Các giải pháp giảm tổn thất điện năng cho lưới điện phân phối huyện quảng trạch tỉnh quảng bình

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHẠM HỮU TUẤN SINH CÁC GIẢI PHÁP GIẢM TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI HUYỆN QUẢNG TRẠCH TỈNH QUẢNG BÌNH Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 8520201 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. LÊ THÀNH BẮC Đà Nẵng, Năm 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả tính toán trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất cứ công trình nào. Tác giả luận văn Phạm Hữu Tuấn Sinh MỤC LỤC TRANG BÌA LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC TRANG TÓM TẮT TIẾNG ANH & TIẾNG VIỆT CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1 1. Lý do chọn đề tài .....................................................................................................1 2. Mục đích nghiên cứu ...............................................................................................2 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ...........................................................................2 4. Phương pháp nghiên cứu.........................................................................................2 5. Bố cục luận văn .......................................................................................................3 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ TỔN THẤT CÔNG SUẤT VÀ TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRONG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI. ..................................................................4 1.1. Vai trò của LĐPP trong hệ thống điện .....................................................................4 1.2. Đặc điểm lưới điện phân phối ..................................................................................4 1.2.1. Sơ đồ hình tia .....................................................................................................4 1.2.2. Sơ đồ mạch vòng ...............................................................................................5 1.3. Tổ n thấ t và nguyên nhân gây tổ n thấ t ......................................................................6 1.3.1. Tổ n thấ t kỹ thuâ ̣t ................................................................................................6 1.3.2. Tổ n thấ t thương ma ̣i ..........................................................................................8 1.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến trị số TTCS & TTĐN trong HTĐ ..................................8 1.4.1. Quan hệ giữa các phương pháp tính toán TTCS và TTĐN ...............................8 1.4.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến trị số TTCS .............................................................9 1.4.2.1. Đường dây tải điện .....................................................................................9 1.4.2.2. Máy biến áp ..............................................................................................10 1.4.2.3. Thiết bị bù.................................................................................................11 1.4.2.4. Nhiệt độ ....................................................................................................12 1.4.2.5. Thay đổi cấu trúc và phương thức vận hành ............................................12 1.4.3. Các yế u tố ảnh hưởng đế n tri ̣số TTĐN ..........................................................12 1.4.3.1. Biể u đồ phu ̣ tải và các yế u tố ảnh hưởng đế n TTĐN trong LĐPP ...........12 1.4.3.2. Đô ̣ chính xác tính toán TTĐN trong điề u kiê ̣n vâ ̣n hành .........................13 1.5. Tính toán TTCS trong quản lý vâ ̣n hành LĐPP .....................................................13 1.5.1. Cơ sở phương pháp..........................................................................................13 1.5.2. Phương pháp giải và các chương triǹ h tính toán .............................................13 1.6. Các phương pháp tính toán TTĐN trong LĐPP .....................................................15 1.6.1. Phương pháp tić h phân đồ thị ..........................................................................15 1.6.2. Phương pháp dòng điện trung bình bình phương ............................................16 1.6.3. Phương pháp thời gian tổ n thấ t .......................................................................17 1.6.4. Phương pháp đường cong tổ n thấ t ...................................................................17 1.6.5. Phương pháp tính toán TTĐN theo quy định của EVN ..................................19 1.7. Kết luận chương 1 ..................................................................................................20 CHƯƠNG 2. PHẦN MỀM TÍNH TOÁN TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG VÀ CÁC GIẢI PHÁP GIẢM TỔN THẤT CÔNG SUẤT, GIẢM TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRÊN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI.............................................................................................21 2.1. Tìm hiểu về phầ n mề m PSS/ADEPT để tính toán TTĐN ......................................21 2.2. Các giải pháp giảm TTĐN trên lưới điện phân phối ..............................................22 2.2.1. Cải ta ̣o, nâng cấp lưới điê ̣n đang vâ ̣n hành......................................................22 2.2.1.1. Phát triể n tru ̣c hê ̣ thố ng truyề n tải, thống nhất các cấp điện áp................22 2.2.1.2. Xây dựng các nhà máy điện và các tra ̣m biến áp ở các trung tâm phu ̣ tải ... ...............................................................................................................22 2.2.1.3. Nâng cấp các đường dây LĐPP và chuyển đổ i hê ̣ thố ng phân phố i mô ̣t pha thành ba pha ....................................................................................................23 2.2.1.4. Nâng cao hệ số công suất cosφ đường dây bằng thiết bị bù ....................23 2.2.1.5. Giảm tổ n thấ t trong các máy biế n áp phân phố i .......................................30 2.2.2. Cải thiê ̣n về điề u kiê ̣n vận hành ......................................................................30 2.2.2.1. Giảm tổ n thấ t thông qua điề u đô ̣ kinh tế trong hê ̣ thố ng ..........................30 2.2.2.2. Cung cấ p trực tiế p bằ ng điê ̣n áp cao trên các phu ̣ tải ...............................30 2.2.2.3. Giảm tổ n thấ t thông qua cải thiê ̣n hê ̣ số phu ̣ tải .......................................31 2.2.3. Giảm tổ n thấ t thương ma ̣i ................................................................................31 2.3. Kết luận chương 2 ..................................................................................................32 CHƯƠNG 3. ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG, CÁC GIẢI PHÁP HIỆN CÓ, CÔNG TÁC QUẢN LÝ VẬN HÀNH, QUẢN LÝ KINH DOANH ĐIỆN NĂNG TẠI KHU VỰC HUYỆN QUẢNG TRẠCH .........................................34 3.1. Đặc điểm tự nhiên huyện Quảng Trạch ..................................................................34 3.1.1. Vị trí địa lý – kinh tế........................................................................................34 3.1.2. Điều kiện tự nhiên ...........................................................................................34 3.2. Giới thiệu về Điện lực Quảng Trạch ......................................................................35 3.2.1. Lịch sử hình thành và phát triển ......................................................................35 3.2.2. Chức năng nhiệm vụ và tổ chức bộ máy của Điện lực ....................................35 3.2.2.1. Chức năng nhiệm vụ .................................................................................35 3.2.2.2. Tổ chức bộ máy của Điện lực gồm ..........................................................35 3.2.3. Khối lượng quản lý vận hành hệ thống điện ...................................................36 3.3. Tình hình tiêu thụ điện ...........................................................................................38 3.4. Tình hình thực hiện nhiệm vụ sản xuất kinh doanh ...............................................39 3.4.1. Tình hình thực hiện các chỉ tiêu SXKD các năm 2015, 2016 và 2017 ...........39 3.4.2. Tình hình thực hiện TTĐN ..............................................................................40 3.4.2.1. Khái niệm và cách tính tổn thất báo cáo (tổn thất hình bình hành hay là tổn thất kinh doanh) ...............................................................................................40 3.4.2.2. Khái niệm chương trình hiệu suất khu vực (tổn thất hình chữ nhật hay là tổn thất cấp điện áp) ..............................................................................................40 3.5. Tính toán TTĐN hiện trạng LĐPP Quảng Trạch bằng phần mềm PSS/ADEPT ...43 3.5.1. Cơ sở dữ liê ̣u phu ̣c vu ̣ tính toán.......................................................................43 3.5.2. Tiń h toán TTĐN trung áp ................................................................................45 3.5.2.1. Sơ đồ lưới điện tính toán ..........................................................................45 3.5.2.2. Tính toán TTCS, TTĐN ...........................................................................46 3.5.2.3. So sánh kết quả tính TTĐN bằng phần mềm PSS/ADEPT và TTĐN qua công tác hiệu suất khu vực (HSKV) ......................................................................51 3.6. Kết luận chương 3 ..................................................................................................52 CHƯƠNG 4. HỆ THỐNG CÁC GIẢI PHÁP NHẰM GIẢM TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI HUYỆN QUẢNG TRẠCH .................................53 4.1. Các giải pháp tổ chức .............................................................................................53 4.1.1. Kiện toàn công tác tổ chức ..............................................................................53 4.1.2. Kiện toàn công tác quản lý kỹ thuật ................................................................53 4.1.3. Kiện toàn công tác quản lý vận hành lưới điện phân phối ..............................54 4.1.4. Kiện toàn công tác quản lý kinh doanh ...........................................................55 4.1.5. Đánh giá hiệu quả của các giải pháp tổ chức ..................................................57 4.2. Các giải pháp kỹ thuật ............................................................................................57 4.2.1. Lắp đặt tụ bù trên lưới hạ áp............................................................................57 4.2.2. Chọn phương thức vận hành hợp lý lưới trung áp ..........................................60 4.2.2.1. Cơ sở lựa chọn phương án kết lưới ..........................................................60 4.2.2.2. Phương án kết lưới hiện tại ......................................................................60 4.2.2.3. Đề xuất phương án kết lưới ......................................................................61 4.2.2.4. Tính toán phương án vâ ̣n hành dựa trên kế t quả TOPO ...........................62 4.2.2.5. Phân tích tài chính phương án kết lưới .....................................................62 4.3. Tính toán hiệu quả sau khi áp dụng các giải pháp..................................................63 4.3.1. Tính lượng tổn thất điện năng giảm hàng năm................................................63 4.3.1.1. Giải pháp bù hạ áp ....................................................................................63 4.3.1.2. Giải pháp kết lưới trung áp tối ưu ............................................................63 4.3.2. Giá trị làm lợi hàng năm ..................................................................................63 4.4. Kết luận chương 4 ..................................................................................................63 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................................65 TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................66 PHỤ LỤC QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO) BẢN SAO CÁC BIÊN BẢN, NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ. TRANG TÓM TẮT TIẾNG ANH & TIẾNG VIỆT CÁC GIẢI PHÁP GIẢM TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI HUYỆN QUẢNG TRẠCH TỈNH QUẢNG BÌNH Học viên: Phạm Hữu Tuấn Sinh Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 8520201 Khóa: K34.KTĐ.QB Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN Tóm tắt – Hiện nay, chỉ tiêu về giảm tỷ lệ tổn thất điện năng là một trong những chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật quan trọng trong công tác quản lý, vận hành lưới điện phân phối và kinh doanh điện năng. Để đánh giá và đưa ra các giải pháp giảm tổn thất điện năng hợp lý, thì việc tính toán chính xác tổn thất điện năng cho lưới điện phân phối là rất cần thiết. Xuất phát từ những lý do nêu trên, tác giả đề xuất đề tài “Các giải pháp giảm tổn thất điện năng cho lưới điện phân phối huyện Quảng Trạch tỉnh Quảng Bình” nhằm phân tích, đánh giá hệ thống lưới điện hiện trạng và đưa ra các giải pháp giảm tổn thất điện năng phù hợp cho lưới điện phân phối huyện Quảng Trạch tỉnh Quảng Bình hiện nay. Tác giả đã xây dựng được đồ thị phụ tải đặc trưng, dùng phần mềm PSS/ADEPT để mô phỏng, tính toán và đánh giá tình hình tổn thất điện năng cho các phương án vận hành lưới điện, tính toán xác định điểm mở tối ưu và bố trí vị trí bù tối ưu. Từ khóa – hệ thống lưới điện phân phối; tổn thất điện năng; PSS/ADEPT; giải pháp giảm tổn thất điện năng; vị trí bù tối ưu. SOLUTIONS TO REDUCE THE POWER LOSS FOR DISTRIBUTION GRID IN QUANG TRACH DISTRICT QUANG BINH PROVINCE Abstract – Nowadays, the targets Rate of power loss is one of the important economic and technical indicators in the management, operation distribution grid anh electricity production and business. In order to evaluate and provide solutions to reduce power losses reasonable, accurate calculation of power losses for distribution grid is very essential. Derived from reasons mentioned above, the author proposed a subject “Solutions to reduce power losses of the distribution grid in Quang Trach district Quang Binh province” to analyze, evaluate the current grid system and propose suitable solutions to reduce power losses for distribution grid in Quang Trach district Quang Binh province. I was to have built up the characteristic load-chart, using PSS / ADEPT software to simulate, calculate and assessing the power loss situation for grid operation plans, Tie Open Point Optimization; position the offset capacitor position optimally. Keywords – Distribution grid system, Power loss, PSS/ADEPT, Solutions to reduce power losses, Capacitor Placement Optimization CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT : Tập đoàn Điện lực Việt Nam. - EVN - EVNCPC: Tổng công ty Điện lực miền Trung. - QBPC : Công ty Điện lực Quảng Bình. - HTĐ - LĐPP : Lưới điện phân phối. - MBA : Máy biến áp. - TBA : Trạm biến áp. - ĐZ : Đường dây trên không. - PA : Phương án - QLKT : Quản lý kỹ thuật. - QLVH : Quản lý vận hành. - QLKD : Quản lý kinh doanh. - SXKD : Sản xuất kinh doanh. - TTCS : Tổ n thấ t công suấ t. - TTĐN : Tổ n thấ t điê ̣n năng. - ΔA : Tổ n thấ t điê ̣n năng. - ΔP : Tổ n thấ t công suất tác du ̣ng. - ΔQ : Tổ n thấ t công suất phản kháng. - CB-CNV: Cán bộ công nhân viên. - SCL - SCTX : Sửa chữa thường xuyên. - ĐTXD : Đầu tư xây dựng. - XDM : Hệ thống điện. : Sửa chữa lớn. : Xây dựng mới. - KH-KT : Kế hoạch - Kỹ thuật. DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1. Nhân lực theo trình độ...................................................................................36 Bảng 3.2. Nhân lực theo độ tuổi ....................................................................................36 Bảng 3.3. Tổng hợp khối lượng LĐPP quản lý .............................................................37 Bảng 3.4. Thông số kỹ thuật trạm nguồn cấp điện ........................................................37 Bảng 3.5. Phân loại các TBA phân phối huyện Quảng Trạch.......................................37 Bảng 3.6. Cơ cấu điện năng theo 5 thành phần kinh tế huyện Quảng Trạch 2017 .......39 Bảng 3.7. Các chỉ tiêu SXKD thực hiện năm 2015, 2016 và 2017 ...............................39 Bảng 3.8. Mô tả phương pháp tính TTĐN hình chữ nhật .............................................41 Bảng 3.9. TTĐN các năm 2015, 2016 và 2017 theo phương pháp hình bình hành (tổn thất kinh doanh) .......................................................................................42 Bảng 3.10. TTĐN các năm 2015, 2016 và 2017 theo phương pháp hình chữ nhật (tổn thất cấp điện áp) .......................................................................................42 Bảng 3.11. Tính toán Tmax và  cho các xuất tuyến trung áp ........................................47 Bảng 3.12. Kết quả mô phỏng ΔP theo P ......................................................................48 Bảng 3.13. Tính toán điện năng tiêu thụ và tổn thất điện năng trong ngày điển hình của XT 473-Ba Đồn. ......................................................................................49 Bảng 3.14. TTCS & TTĐN lưới hiện tại .......................................................................50 Bảng 3.15. Tổn thất điện năng trung áp theo HSKV thực hiện năm 2017....................51 Bảng 3.16. So sánh TTĐN trung áp năm 2017 .............................................................51 Bảng 4.1. Tổng hợp dung lượng bù và vốn đầu tư ........................................................58 Bảng 4.2. Tổng hợp các chỉ tiêu của giải pháp lắp bù hạ áp .........................................59 Bảng 4.3. TTĐN theo kết lưới 22kV huyện Quảng Trạch hiện tại ...............................61 Bảng 4.4. Tổng TTĐN lưới điện 22kV sau khi kết lưới theo phương án trên ..............62 DANH MỤC CÁC HÌNH Hin ̀ h 1.1. Sơ đồ hệ thống phân phối hình tia ...................................................................5 Hin ̀ h 1.2. Sơ đồ hệ thống phân phối mạch vòng .............................................................5 Hin ̀ h 1.3. Sơ đồ thay thế đơn giản của đường dây ..........................................................9 Hin ̀ h 1.4. Sơ đồ thay thế đơn giản của đường dây với 1 phụ tải ...................................10 Hình 1.5. Sơ đồ thay thế đơn giản của máy biến áp ......................................................10 Hin ̀ h 1.6. Sơ đồ thuật toán của phương pháp Newton...................................................14 Hình 1.7. Đồ thị phụ tải .................................................................................................15 Hin ̣ TTĐN bằng đường cong tổ n thấ t ......18 ̀ h 1.8. Xây dựng biể u đồ TTCS và xác đinh Hin ̀ h 3.1. Đồ thị phụ tải điển hình LĐPP huyện Quảng Trạch .....................................45 Hin ̀ h 3.2. Đồ thị phụ tải ngày điển hình của XT 473-Ba Đồn.......................................47 Hin ̀ h 3.3. Đường cong tổn thất của XT 473-Ba Đồn ....................................................48 Hin ̀ h 3.4. Đồ thị tổn thất công suất trong ngày điển hình của XT 473-Ba Đồn ............49 Hình 4.1. Biểu đồ vectơ điều chỉnh hệ số công suất .........................................................58 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Giảm tổn thất điện năng đang là một chỉ tiêu được ngành Điện quan tâm hàng đầu trong giai đoạn hiện nay. Yêu cầu này đã đặt ra rất nhiều vấn đề cần được quan tâm giải quyết, trong đó có việc phân tích, đánh giá nguyên nhân gây ra tổn thất điện năng và tính toán chính xác nhất ở mức có thể sản lượng điện bị thất thoát, từ đó đưa ra những giải pháp giảm tổn thất điện năng đạt hiệu quả cao nhất [1, 2, 13, 20, 21]. Hệ thống điện do Công ty Điện lực Quảng Bình (QBPC) quản lý [15] gồm: 1868 km đường dây trung thế, 3471 km đường dây hạ thế, 1474 TBA phụ tải với tổng dung lượng 258,8MVA. Năm 2017, QBPC nhận điện từ hệ thống điện Quốc gia với công suất Pmax = 162,6MW, Ptb = 128,9MW, sản lượng điện thương phẩm đạt 896 triệu kWh, tổn thất điện năng hiện nay đang là 6,28%. Giảm tổn thất điện năng hiện nay đối với QBPC là nhiệm vụ trọng tâm hàng đầu đang được các cấp lãnh đạo của QBPC quan tâm giải quyết theo yêu cầu đặt ra của ngành. Giai đoạn (2016÷2020), lộ trình giảm tổn thất điện năng (TTĐN) của QBPC được Tổng công ty Điện lực miền Trung (EVNCPC) giao đến năm 2020 phải thực hiện đạt ≤ 4,95%, giảm thêm 1,33% so với năm 2017 (tương ứng khoảng 9,564 triệu kWh). Hàng năm, trung bình sản lượng điện tiêu thụ tại khu vực huyện Quảng Trạch chiếm khoảng 1/6 tổng sản lượng toàn QBPC. Lưới điện phân phối (LĐPP) huyện Quảng Trạch có cấu trúc phần trung thế chủ yếu là hình tia, hoặc liên kết mạch vòng trong một TBA nguồn hoặc giữa các TBA nguồn với nhau, tuy nhiên hầu hết các mạch vòng đều vận hành hở nhằm giảm chi phí đầu tư về thiết bị và bảo vệ rơle đơn giản hơn; phần lưới điện hạ thế nông thôn tiếp nhận đã cũ nát, có nhiều đường dây 1 pha, địa bàn cấp điện rộng, phụ tải không đồng đều giữa các vùng, biểu đồ phụ tải xấu. Tỷ lệ tổn thất điện năng các năm 2015, 2016, 2017 lần lượt là 6,09%, 7,19%, 5,80%. Các nguyên nhân làm tăng tổn thất điện năng được cho là do [1, 7, 13]: Lưới điện hình tia kéo dài, phần lưới điện hạ thế nông thôn tiếp nhận đã cũ nát, có nhiều đường dây 1 pha, dây dẫn trần tiết diện nhỏ, địa bàn cấp điện rộng, gây tổn thất thương mại cao; nhiều vùng lưới điện vận hành trong tình trạng quá tải và điện áp thấp, bù công suất phản kháng chưa hợp lý. Sự mất cân đối giữa tăng trưởng phụ tải và đầu tư cải tạo lưới điện trong nhiều năm qua (kể cả lưới điện truyền tải) là vấn đề mà ngành điện đang phải đối diện, dẫn đến tổn thất điện năng lớn, suất sự cố cao và độ tin cậy cung cấp điện thấp. Nhiệm vụ nghiên cứu, nhằm tính toán, phân tích, đánh giá thực trạng, xác định các nguyên nhân chính gây nên tổn thất để đề xuất các giải pháp giảm tổn thất điện năng trên lưới điện phân phối huyện Quảng Trạch sẽ góp phần rất lớn đến việc thực 2 hiện đạt lộ trình giảm TTĐN của QBPC giai đoạn (2016-2020) theo kế hoạch được cấp trên giao. Xuất phát từ thực tế nhu cầu cấp thiết của đơn vị đang công tác, với những khả năng và hiểu biết của bản thân, tôi chọn nội dung nghiên cứu “Các giải pháp giảm tổn thất điện năng cho lưới điê ̣n phân phối huyện Quảng Trạch tỉnh Quảng Bình” để làm đề tài của Luận văn Tốt nghiệp. 2. Mục đích nghiên cứu Khảo sát, thu thập số liệu về nguồn và phụ tải lưới điện khu vực thuộc phạm vi nghiên cứu để xây dựng đồ thị phụ tải điển hình đă ̣c trưng cho lưới điện phân phối huyện Quảng Trạch. Phân tích thực trạng, xác định các nguyên nhân chính đang gây nên tổn thất trên lưới điện phân phối huyện Quảng Trạch hiện nay. Nghiên cứu các giải pháp đã và đang được áp dụng để giảm tổn thất điện năng trong công tác quản lý vận hành, đầu tư nâng cấp lưới điện phân phối trong và ngoài nước. Đề xuất một số giải pháp để giảm tổn thất điện năng trên lưới điện phân phối huyện Quảng Trạch. Nghiên cứu các phương pháp và ứng dụng các phần mềm chuyên dụng tin ́ h toán đánh giá tổn thất điện năng cho phương án vâ ̣n hành lưới điện phân phối huyện Quảng Trạch. Triển khai tính toán với phương án sử dụng các giải pháp đề xuất, từ đó so sánh, phân tích, nhận xét kết quả tính toán được so với tổn thất điện năng theo số liệu thực tế hiện nay để có kết luận và kiến nghị. Tính toán hiệu quả đầu tư nếu triển khai thực hiện các giải pháp mới, từ đó kiến nghị lộ trình đầu tư hàng năm nhằm giảm tổn thất điện năng nâng cao hiệu quả hoạt động kinh doanh điện năng tại Điện lực Quảng Trạch nói riêng và QBPC nói chung nhằm đạt yêu cầu chung của ngành. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Lưới điện phân phối huyện Quảng Trạch thuộc hệ thống điện do Điện lực Quảng Bình quản lý. Các phần mềm chuyên dụng để tính toán tổn thất công suất, tổn thất điện năng trên lưới và các giải pháp giảm tổn thất điện năng trong công tác quản lý vận hành lưới điện phân phối. Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu về tổn thất điện năng tại các lưới điện phân phối hiện nay và tính khả thi của các giải pháp kỹ thuật để giảm tổn thất điện năng cho lưới điện phân phối khu vực huyện Quảng Trạch, tỉnh Quảng Bình. 4. Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu các tài liệu, tạp chí, sách báo, giáo trình, phần mềm chuyên dụng…viết về vấn đề tính toán xác định tổn thất công suất và tổn thất 3 điện năng, các giải pháp giảm tổn thất điện năng trong lưới điện phân phối trong và ngoài nước. Thực nghiệm, mô phỏng: Từ lý thuyết đã nghiên cứu, áp dụng sử dụng phần mềm chuyên dụng để khảo sát, tính toán, xác định tổn thất công suất và tổn thất điện năng, bù tối ưu công suất phản kháng nhằm đánh giá hiệu quả công tác quản lý vận hành lưới điện phân phối hiện tại và lưới điện sau khi áp dụng một số giải pháp nhằm mục tiêu giảm tổn thất điện năng do tác giả đề xuất. 5. Bố cục luận văn Luận văn được biên chế gồm phần Mở đầu, phần nội dung chính có 04 chương, phần Kết luận và kiến nghị, cụ thể như sau: - Mở đầu - Chương 1: Tổng quan về tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong lưới điện phân phối. - Chương 2: Phần mềm tính toán tổn thất điện năng và các giải pháp giảm tổn thất công suất, giảm tổn thất điện năng trên lưới điện phân phối. - Chương 3: Đánh giá hiện trạng tổn thất điện năng, các giải pháp hiện có, công tác Quản lý vận hành, quản lý kinh doanh điện năng tại khu vực huyện Quảng Trạch. - Chương 4: Hệ thống các giải pháp nhằm giảm tổn thất điện năng lưới điện phân phối huyện Quảng Trạch. - Kết luận và kiến nghị 4 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TỔN THẤT CÔNG SUẤT VÀ TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRONG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 1.1. Vai trò của LĐPP trong hệ thống điện Hệ thống điện bao gồm các nhà máy điện, trạm biến áp, các đường dây truyền tải và phân phối được nối với nhau thành một hệ thống từ sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng [3, 4, 5]. Tuỳ theo mục đích nghiên cứu mà hệ thống điện được chia thành các phần hệ thống tương đối độc lập nhau. Hệ thống điện luôn phát triển theo thời gian và đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của phụ tải, ngày càng nhiều các nhà máy điện có công suất lớn, nhỏ khác nhau được đầu tư xây dựng [1, 2, 18]. Tuy nhiên, vì nhiều lý do như kinh tế, môi trường, địa hình,… mà các nhà máy điện thường được xây dựng ở những nơi xa các trung tâm phụ tải. Do vậy, phải dùng lưới điện truyền tải để truyền tải điện năng đến khu vực tiêu thụ. Đồng thời, vì lý do kinh tế cũng như an toàn, người ta không thể cung cấp trực tiếp cho các hộ tiêu thụ từ lưới truyền tải có điện áp cao mà phải dùng LĐPP có cấp điện áp thấp hơn. Chính vì lẽ đó LĐPP sẽ làm nhiệm vụ phân phối điện năng cho một địa phương (thành phố, quận, huyện, thôn, bản…) có bán kính cung cấp điện nhỏ, thông thường khoảng (50-60) km. 1.2. Đặc điểm lưới điện phân phối Đóng vai trò cung cấp điện trực tiếp đến khách hàng của từng khu vực nên LĐPP thường có điện áp trung áp 6, 10, 15, 22, 35kV phân phối điện cho các trạm biến áp phân phối trung, hạ áp [9, 10, 17, 18]. Lưới hạ áp 220/380V sẽ nhận điện từ các trạm biến áp trung áp này cấp điện cho các phụ tải hạ áp. Thông thường LĐPP trung áp được nhận điện từ: - Thanh cái thứ cấp các trạm biến áp 110, 220kV. - Các trạm biến áp trung gian 35/6kV, 35/10kV, 35/15kV hoặc 35/22kV. - Thanh cái nhà máy điện, trạm phát diezen, trạm điện gió, … Sơ đồ cấp điện của lưới điện phân phối có các dạng cơ bản sau: 1.2.1. Sơ đồ hình tia Đây là loại sơ đồ đơn giản và thông dụng nhất (Hin ̀ h 1.1) [16]. Từ trạm nguồn có nhiều xuất tuyến đi ra cấp điện cho từng nhóm trạm phân phối. Trục chính của các xuất tuyến này được phân đoạn để tăng độ tin cậy cung cấp điện. Thiết bị phân đoạn có thể là cầu chì, dao cách ly, LBS hoặc các máy cắt Recloser có thể tự đóng lặp lại. Giữa các trục chính của một trạm nguồn hoặc giữa các trạm nguồn khác nhau có thể được nối liên thông với nhau để dự phòng khi sự cố, cắt điện công tác trên đường trục 5 hay các trạm biến áp nguồn. Máy cắt và dao cách ly liên lạc thường được vận hành ở trạng thái hở nhằm giảm chi phí đầu tư và bảo vệ rơle đơn giản hơn [18]. Các phụ tải điện sinh hoạt 0,2kV - 0,4kV được cung cấp từ các trạm biến áp phân phối. Mỗi trạm biến áp phân phối là sự kết hợp giữa cầu chì, máy biến áp và tủ điện phân phối hạ áp. Đường dây hạ áp 0,2kV - 0,4kV của các trạm biến áp phân phối này thường có cấu trúc hình tia. Hình 1.1. Sơ đồ hệ thống phân phối hình tia 1.2.2. Sơ đồ mạch vòng Hình 1.2. Sơ đồ hệ thống phân phối mạch vòng Thường được áp dụng cho lưới điện phân phối đòi hỏi độ tin cậy cung cấp điện và chất lượng điện năng cao (Hình 1.2). Các xuất tuyến được cấp điện trực tiếp từ các trạm khác nhau và trên mỗi xuất tuyến đều có 2 máy cắt đặt ở hai đầu [3, 5]. Các trạm biến áp phân phối được đấu liên thông và mỗi máy biến áp đều có 2 dao cách ly đặt ở 6 hai phía. Máy biến áp có thể được cấp điện từ phía nào cũng được. Sơ đồ mạch vòng dạng này thường được áp dụng cho lưới điện phân phối cấp điện áp trung thế. Trong thực tế, lưới điện phân phối tại Việt Nam là sự phối hợp của hai loại sơ đồ trên. Chúng bao gồm nhiều trạm trung gian được nối liên thông với nhau bởi một mạng lưới đường dây phân phối tạo thành nhiều mạch vòng kín. Đối với các khu vực đòi hỏi độ tin cậy cung cấp điện cao thì sơ đồ lưới phân phối thường được áp dụng kiểu sơ đồ dạng thứ hai. Tuy có kết cấu mạch vòng nhưng hầu hết LĐPP luôn vận hành hở (hay vận hành hình tia). Khi vận hành hở LĐPP như vậy thì tổn thất công suất, tổn thất điện năng và chất lượng điện áp luôn luôn kém hơn khi LĐPP được vận hành kín [11, 16]. Để khắc phục tình trạng này và tạo tính linh hoạt trong các LĐPP vận hành hở, cần phải xác định các trạng thái đóng cắt của các dao cách ly phân đoạn như thế nào để tổn thất công suất nhỏ nhất, điện năng hay một hàm chi phí F định trước. Trong công tác vận hành, LĐPP được điều khiển thống nhất cho phép vận hành kinh tế trong trạng thái bình thường và rất linh hoạt trong tình trạng sự cố đảm bảo độ tin cậy cao. Với sự trợ giúp của máy tính và hệ thống SCADA, điểm mở lưới để vận hành hở được thay đổi thường xuyên trong quá trình vận hành khi đồ thị phụ tải thay đổi. Khi xảy ra sự cố, máy tính cũng tính ngay cho phương án vận hành thay thế tốt nhất và nhân viên vận hành sẽ thực hiện sơ đồ tối ưu bằng cách thao tác điều khiển từ xa các thiết bị đóng cắt. Trong trường hợp không có các thiết bị đo lường và điều khiển đóng cắt từ xa thì vẫn có thể vận hành kinh tế nhưng theo mùa trong năm. Người ta tính chọn sơ đồ vận hành tối ưu cho những khoảng thời gian liên lục có đồ thị phụ tải gần giống nhau (thường là theo các tháng mùa hè, hay các tháng mùa đông do có cùng điều kiện thời tiết), sau đó thao tác các thiết bị phân đoạn để thực hiện vận hành tối ưu lưới điện. 1.3. Tổn thấ t và nguyên nhân gây tổ n thấ t Tổn thất điê ̣n năng trên LĐPP có thể phân ra các thành phầ n tổn thất kỹ thuật và tổn thất phi kỹ thuật hay còn go ̣i là tổn thất thương mại. 1.3.1. Tổn thấ t kỹ thuật Tổn thất kỹ thuật là lượng điện năng tiêu hao tất yếu xảy ra trong quá trình truyền tải và phân phối điện [2, 10, 21]. Do dây dẫn, máy biến áp, thiết bị trên lưới đều có trở kháng nên khi dòng điện chạy qua gây tiêu hao điện năng do phát nóng máy biến áp, dây dẫn và các thiết bị điện. Ngoài ra đường dây dẫn điện cao áp từ 110 kV trở lên còn có tổn thất vầng quang; dòng điện qua cáp ngầm, tụ điện còn có tổn thất do điện môi, đường dây điện đi song song với đường dây khác như dây chống sét, dây thông tin... có tổn hao điện năng do hỗ cảm,… 7 Tổn thất kỹ thuật trên lưới điện bao gồm tổn thất công suất (TTCS) tác dụng và TTCS phản kháng. TTCS phản kháng do từ thông rò, gây từ hóa trong các máy biến áp và cảm kháng trên đường dây [1, 20, 21]. TTCS phản kháng chỉ làm lệch góc và ít ảnh hưởng đến tổn thất điện năng (TTĐN). TTCS tác dụng có ảnh hưởng đáng kể đến TTĐN. Tổn thất kỹ thuâ ̣t lớn do các nguyên nhân chủ yếu sau đây [1, 2, 6, 19]: - Đường dây quá dài, bán kính cấp điện lớn, tiết diện dây dẫn quá nhỏ, đường dây bị xuống cấp, không được cải tạo nâng cấp, trong quá trin ̀ h vâ ̣n hành làm tăng nhiê ̣t đô ̣ dây dẫn, điê ̣n áp giảm dưới mức cho phép và tăng TTĐN trên dây dẫn. - Máy biến áp vâ ̣n hành non tải hoă ̣c không tải sẽ không phù hơ ̣p với hệ thống đo đế m dẫn tới TTĐN cao. - Máy biến áp vâ ̣n hành quá tải do dòng điê ̣n tăng cao làm phát nóng cuô ̣n dây và dầ u cách điê ̣n của máy, dẫn đế n tăng tổ n thấ t điê ̣n năng trong máy biến áp đồ ng thời gây su ̣t áp và làm tăng TTĐN trên lưới điê ̣n phiá ha ̣ áp. - Tổ n thấ t do thiế t bi ̣cũ, la ̣c hâ ̣u: các thiế t bi ̣cũ thường có hiê ̣u suấ t thấ p, máy biến áp là loại có tỷ lệ tổn thất cao hoặc vật liệu lõi từ không tốt, dẫn đến sau một thời gian vâ ̣n hành tổn thất có xu hướng tăng lên. - Nhiều thành phần sóng hài của các phụ tải công nghiệp tác động vào các cuộn dây máy biến áp làm tăng TTĐN. - Tổ n thấ t dòng rò: Sứ cách điê ̣n, chố ng sét van và các thiế t bi ̣ không đươ ̣c kiể m tra, bảo dưỡng hơ ̣p lý dẫn đế n dòng rò lớn, phóng điê ̣n. - Đố i với hệ thống nố i đấ t trực tiế p, lă ̣p la ̣i không tố t dẫn đế n TTĐN sẽ cao. - Hành lang tuyế n không đảm bảo: không thực hiê ̣n tố t viê ̣c phát quang, cây mo ̣c cha ̣m vào đường dây gây dòng rò hoă ̣c sự cố. - Hiê ̣n tươ ̣ng quá bù, hoă ̣c bố trí vi ̣trí và dung lươ ̣ng bù không hơ ̣p lý. - Tính toán phương thức vâ ̣n hành không hơ ̣p lý, để xảy ra sự cố dẫn đế n phải sử du ̣ng phương thức vâ ̣n hành bấ t lơ ̣i và TTĐN tăng cao. Vận hành không đối xứng liên tục dẫn đến tăng tổn thất trên dây trung tính, dây pha và cả trong máy biến áp, đồ ng thời cũng gây quá tải ở pha có dòng điện lớn. - - Vận hành với hệ số cosφ thấp do phụ tải có hệ số cosφ thấp, thực hiê ̣n lắ p đă ̣t và vâ ̣n hành tu ̣ bù không phù hơ ̣p. Hệ số cosφ thấp dẫn đế n tăng dòng điện truyề n tải hệ thống và tăng TTĐN. - Các điể m tiế p xúc, các mố i nố i tiế p xúc kém nên làm tăng nhiê ̣t đô ̣, tăng TTĐN. 8 - Hiê ̣n tươ ̣ng vầ ng quang điê ̣n: đố i với đường dây điê ̣n áp cao từ 110kV trở lên xuấ t hiê ̣n hiê ̣n tươ ̣ng vầ ng quang điê ̣n gây TTĐN. - Chế đô ̣ sử du ̣ng điê ̣n không hơ ̣p lý: công suất sử du ̣ng của nhiề u phụ tải có sự chênh lê ̣ch quá lớn giữa giờ cao điể m và thấ p điể m; ... 1.3.2. Tổn thấ t thương ma ̣i Tổn thất thương ma ̣i phụ thuộc vào cơ chế quản lý, quy trình quản lý hành chính, hệ thống công tơ đo đếm và ý thức của người sử dụng. Tổn thất thương ma ̣i cũng một phần chịu ảnh hưởng của năng lực và công cụ quản lý của nội bộ các Công ty Điện lực, trong đó có phương tiện máy móc, máy tính, phần mềm quản lý [6, 7]. Tổn thất thương mại bao gồm các dạng tổn thất như sau: - Các thiế t bi ̣ đo đế m như công tơ, TU, TI không phù hơ ̣p với phụ tải, có thể quá lớn hay quá nhỏ hoă ̣c không đa ̣t cấ p chính xác yêu cầ u, hê ̣ số nhân của hệ thống đo không đúng, các tác đô ̣ng làm sai lê ̣ch ma ̣ch đo đế m điê ̣n năng, gây hỏng hóc công tơ, các ma ̣ch thiế t bi ̣đo lường, … - Sai sót trong khâu quản lý: TU mấ t pha, TI, công tơ hỏng chưa kip̣ xử lý, thay thế kip̣ thời, lắp đặt công tơ 3 pha với sơ đồ TI thiếu, không thực hiê ̣n đúng chu kỳ kiể m đinh ̣ và thay thế công tơ đinh ̣ kỳ theo quy đinh ̣ của Pháp lê ̣nh đo lường, đấ u nhầ m, đấ u sai sơ đồ đấ u dây, … là các nguyên nhân dẫn đế n đo đế m không chính xác gây TTĐN. - Sai sót trong nghiê ̣p vu ̣ kinh doanh: đo ̣c sai chỉ số công tơ, thố ng kê tổ ng hơ ̣p không chính xác, bỏ sót khách hàng, … - Khách hàng tác động tiêu cực vào công tơ đo đếm gây sai lệch chỉ số,… Khách hàng tự ý câu móc điện trước công tơ để sử dụng,… - Không thanh toán hoặc thanh toán hóa đơn tiền điện chậm. - Sai sót thống kê phân loại và tính hóa đơn khách hàng. - Sai sót trong khâu tính toán xác đinh ̣ tổ n thấ t kỹ thuâ ̣t. 1.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến trị số TTCS & TTĐN trong HTĐ 1.4.1. Quan hệ giữa các phương pháp tính toán TTCS và TTĐN Đây chính là nội dung phức tạp và hiện nay còn đang gây nhiều tranh cãi nhất. Khi tính toán thiết kế, với yêu cầu rất thấp, độ chính xác không cao có thể áp dụng nhiều cách tính gần đúng ngay cả khi rất thiếu thông tin. Trên cơ sở giả thiết đã xác định được Pmax là TTCS ứng với chế độ phụ tải cực đại, khi đó TTĐN sẽ là: A = Pmax. (1.1) Cách tính này chỉ cần xác định 2 đại lượng Pmax và . Trị số Pmax có thể xác định chính xác được. Thường trong tính toán của chúng ta hiện nay giá trị của  (khó khăn chính là không thể tính đúng được) thường được xác định theo các biểu thức sau: 9 - Công thức kinh điển:  = (0.124 + Tmax.10-4)2.8760 - Công thức Kenzevits:  = 2Tmax − 8760 + - (1.2) 8760 − Tmax T 2P 1 + max − min 8760 Pmax  P 1 − min  Pmax    Công thức Valander: 2  Tmax   Tmax    = 8760. 0,13.  +  0,87.   8760   8760    - (1.3) (1.4) Tra đường cong tính toán:  = f(Tmax,cos) (1.5) Các công thức trên đều chỉ tính gần đúng, lấy theo thực nghiệm và tiệm cận hoá. Đối với lưới điện phân phối ở nước ta hiện nay do thiếu thông tin nên có thể áp dụng các công thức trên để xác định TTĐN trong sai số có thể chấp nhận được. 1.4.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến trị số TTCS Mỗi phần tử của hệ thống có những đặc điểm riêng, do đó tổn thất của chúng là không giống nhau. Để tính được TTCS trong hệ thống điện, ta phải tiến hành mô hình hóa các phần tử của hệ thống điện, cụ thể là phải mô hình hóa đường dây tải điện và máy biến áp, trên cơ sở đó, đưa ra công thức tính TTCS & TTĐN cho từng phần tử. Trong phần này chúng ta chỉ xét các quá trình xảy ra với LĐPP có cấp điện áp 35kV trở xuống, tổn thất chủ yếu do điện trở gây tỏa nhiệt và do quá trình biến đổi điện từ [6, 19]. Mỗi phần tử của hệ thống điện được đặc trưng bằng các thông số, các thông số này xác định bằng các tính chất vật lý, sơ đồ nối các phần tử và nhiều điều kiện giản ước khác. 1.4.2.1. Đường dây tải điện Bỏ qua sự rò rỉ dòng điện qua sứ cách điện, tổn thất vầng quang vì các đại lượng này ở lưới phân phối rất bé [20, 21]. Sơ đồ đơn giản của một đoạn đường dây là tổng trở Z ở Hình 1.3. Ta xét trường hợp đơn giản đường dây với một phụ tải ở Hình 1.4. I1 Z12 I2 1 2 V1 V2 Hình 1.3. Sơ đồ thay thế đơn giản của đường dây 10 Z12 S1=P1-jQ1 S2= P2- jQ2 Hình 1.4. Sơ đồ thay thế đơn giản của đường dây với 1 phụ tải Từ sơ đồ trên ta có công thức xác định công suất toàn phần như sau:  S= 3UI (1.6) Trong đó:  ▪ U là số phức liên hợp của điện áp dây; ▪ I là số phức dòng điện dây. TTCS tác dụng và phản kháng được xác định như sau: P = (P22+ Q22)R/U22; Q = (P22+ Q22)X/U22 S = P - jQ = (S2 /U2 )R 2 2 2 j(S2 /U22) (1.7) X Từ các công thức trên ta thấy TTCS phụ thuộc vào thông số đầu hay thông số cuối đường dây, tương ứng với điện áp và công suất tại điểm đó. 1.4.2.2. Máy biến áp Ta có sơ đồ tương đương của 1 máy biến áp [3, 18] như Hình 1.5. Trên sơ đồ này, tất cả các đại lượng trên đã được qui đổi sang phía 1 (sơ cấp). K 2 Z2 Z1 1 I1 V1 Zm I2 V2 2 Hình 1.5. Sơ đồ thay thế đơn giản của máy biến áp Có thể phân TTCS trong MBA thành 2 thành phần, đó là thành phần phụ thuộc vào tải và thành phần không phụ thuộc vào phụ tải. Thành phần không phụ thuộc vào phụ tải là tổn thất trong lõi thép MBA hay còn gọi là tổn thất không tải. Tổn thất không tải được xác định theo các số liệu kỹ thuật máy biến áp. S0 = P0 + jQ0 Q0 = I0Sdm/100