Tài liệu đề xuất các giải pháp giảm tổn thất điện năng lưới điện phân phối điện lực lâm hà, tỉnh lâm đồng

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN HÀ LÂM ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP GIẢM TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI HUYỆN LÂM HÀ, TỈNH LÂM ĐỒNG Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 60.52.02.02 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2018 Công trình được hoàn thành tại TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: TS. TRẦN VINH TỊNH Phản biện 1: TS. NGUYỄN HỮU HIẾU Phản biện 2: TS. LÊ HỮU HÙNG Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật họp tại Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng vào ngày 03 tháng 3 năm 2018 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng tại Trường Đại học Bách khoa - Thư viện Khoa Điện, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Để đáp ứng đủ nguồn điện cung cấp cho sự phát triển kinh tế - xã hội nhanh chóng đòi hỏi ngành điện phải có những giải pháp thực hiện đầu tư phát triển nguồn, lưới điện đủ để cung cấp cho phụ tải, cũng như đưa ra giải pháp vận hành tối ưu hệ thống điện, ngoài ra phải đảm bảo về chất lượng và độ tin cậy. Tổn thất điện năng đang là mối quan tâm hàng đầu của ngành điện nói chung, Công ty Điện lực Lâm Đồng và Điện lực Lâm Hà nói riêng. Điện lực Lâm Hà được hình thành trên cơ sở là Đơn vị quản lý lưới điện được tách từ Điện lực quản lý khu vực 3 huyện Đức Trọng, Lâm Hà, Đơn Dương. Với lưới điện được tiếp nhận từ lưới điện địa phương, được sử dụng qua nhiều năm mà chưa có sự cải tạo, nâng cấp đồng bộ. Tổn thất điện năng tại khu vực huyện Lâm Hà hiện đang là một trong những đơn vị có tổn thất cao trong Công ty Điện lực Lâm Đồng. 2. Mục đích nghiên cứu: - Phân tích hiện trạng hệ thống lưới điện hiện hữu và đưa ra các giải pháp để giảm tổn thất điện năng trên lưới điện phân phối huyện Lâm Hà – tỉnh Lâm Đồng. - Thu thập cơ sở dữ liệu về nguồn và phụ tải lưới phân phối trong phạm vi nghiên cứu để phân tích. - Sử dụng phần mềm PSS/ADEPT tính toán tổn thất điện năng đối với lưới điện hiện hữu đang vận hành. - Phân tích và đề xuất các giải pháp giảm tổn thất điện năng trên lưới điện phân phối do Điện lực Lâm Hà – Công ty Điện lực Lâm Đồng quản lý. - Đánh giá hiệu quả đầu tư sau khi thực hiện các giải pháp đề xuất để kiến nghị cho Công ty Điện lực Lâm Đồng. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu là tổn thất điện năng trên lưới điện phân phối Điện lực Lâm Hà. - Phạm vi nghiên cứu: Lưới điện phân phối do Điện lực Lâm Hà – Công ty Điện lực Lâm Đồng quản lý vận hành. 2 4. Phương pháp nghiên cứu - Sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm. - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu các tài liệu, sách báo, giáo trình,…về vấn đề tính toán xác định tổn thất công suất và tổn thất điện năng, các giải pháp giảm tổn thất điện năng trong lưới điện phân phối. - Phương pháp thực nghiệm: Sử dụng phần mềm PSS/ADEPT để tính toán tổn thất công suất và tổn thất điện năng xác định được khu vực có máy biến áp non tải hoặc quá tải nhằm hoán chuyển hay gắn mới máy biến áp có công suất phù hợp với phụ tải theo mùa vụ. - Đánh giá lại hiệu quả sau khi thực hiện các giải pháp giảm tổn thất điện năng. 5. Bố cục của luận văn Phần I. Mở đầu Phần II. Nội dung chính Chương 1: Tổng quan về lưới điện phân phối và tổn thất điện năng. Chương 2: Hiện trạng lưới điện phân phối Điện lực Lâm Hà Chương 3: Tính toán xác định tổn thất bằng phần mềm PSS/ADPET. Chương 4: Đề xuất các giải pháp giảm tổn thất điện năng trên lưới điện phân phối huyện Lâm Hà. Phần III: Kết luận và kiến nghị Tài liệu tham khảo Phụ lục. 3 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI VÀ TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG 1.1. ĐẶC ĐIỂM CỦA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI Cấu trúc và phương thức vận hành lưới điện phân phối có ảnh hưởng lớn đến các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của hệ thống điện: Chất lượng điện áp, tổn thất điện năng lớn gấp 3-4 lần so với tổn thất điện năng trên lưới truyền tải. Cấu trúc lưới phân phối thường đa dạng, phức tạp. Số lượng nút, nhánh lớn nên việc tính toán thường gặp nhiều khó khăn. Chế độ vận hành là vận hành hở, hình tia hoặc xương cá. Để tăng độ tin cậy cung cấp điện có thể sử dụng mạch vòng kín nhưng vận hành hở. 1.2. VAI TRÒ VÀ Ý NGHĨA CỦA BÀI TOÁN XÁC ĐỊNH TỔN THẤT CÔNG SUẤT VÀ TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG 1.2.1. Tính toán TTCS và TTĐN trong bài toán thiết kế cung cấp điện Sử dụng hàm chi phí tính toán làm tiêu chí chính để lựa chọn phương án hợp lý. Hàm chi phí được viết dưới dạng đơn giản: Z = (avh +atc).Kđ + ∆A.g = Z1 +Z2 Biểu thức trên đạt cực tiểu khi phương án nối dây của mạng điện có vốn đầu tư và chi phí vận hành là nhỏ nhất. Khi so sánh lựa chọn phương án tối ưu thường sử dụng các số liệu tính toán ứng với chế độ phụ tải cực đại để lựa chọn tiết diện dây dẫn, kiểm tra các điều kiện về mặt kỹ thuật. Các hệ số sử dụng trong tính toán có thể được lấy từ sổ tay thiết kế hoặc kinh nghiệm nên dẫn đến sai số, tuy vậy điều đó không ảnh hưởng đáng kể đến kết quả lựa chọn phương án tối ưu. 1.2.2. Tính toán TTCS và TTĐN trong quản lý vận hành HTĐ Các phần tử của lưới được thiết kế phải đảm bảo các yêu cầu kinh tế - kỹ thuật. Trên cơ sở tính toán cho phép phân tích tình trạng kỹ thuật của lưới điện từ đó đề xuất các giải pháp kỹ thuật để nâng cao hiệu quả kinh tế. Một trong những giải pháp cơ bản là giảm TTCS, TTĐN. Các thông tin nhận được sẽ là cơ sở phân tích các nguyên nhân gây nên tổn thất từ đó cho phép đề xuất các phương pháp hợp lý, hiệu quả để giảm tổn thất. 1.2.3. Những lưu ý khi tính toán TTCS và TTĐN 4 a. Đặc điểm tính toán TTCS và TTĐN + Đặc điểm tính toán TTCS, TTĐN trong quá trình thiết kế: - Không đòi hỏi độ chính xác cao. - Thiếu thông tin khi thực hiện tính toán (chưa có biểu đồ phụ tải, không có phương thức vận hành cụ thể,…). - Phương pháp tính thường được sử dụng sao cho dễ dàng, nhanh chóng. Do đó có thể áp dụng các phương pháp đơn giản, độ chính xác vừa phải. + Đặc điểm tính toán TTCS, TTĐN trong quản lý vận hành: - Yêu cầu độ chính xác cao. - Có đủ thông tin để tính toán như biểu đồ phụ tải, trạng thái các trang thiết bị bù, đầu phân áp làm việc của máy biến áp… - Có thời gian nghiên cứu tính toán so sánh với các số liệu thống kê đo lường. Do đó cần áp dụng các phương pháp chính xác, xét được đầy đủ các yếu tố. b. Lựa chọn và xây dựng phương pháp tính toán TTCS và TTĐN Trong quá trình quản lý vận hành lưới điện, để xác định chính xác các thông số vận hành, các chỉ tiêu kỹ thuật chưa có đầy đủ các thông số. Các phương tiện đo đếm chưa đầy đủ hoặc không đồng bộ, công cụ và phương pháp tính toán TTCS và TTĐN chưa hợp lý. Do đó không xác định được chính xác giá trị tổn thất, thường giá trị tổn thất quy định cho từng đơn vị chỉ mang ý nghĩa chỉ tiêu kế hoạch cho nên không phân tích được chính xác nguyên nhân tổn thất trong lưới. Đây là vấn đề quan tâm hàng đầu trong công tác quản lý vận hành lưới điện. 1.2.4. Các phương pháp tính toán tổn thất điện năng trong lưới phân phối. a. Tính toán TTĐN trong các bài toán thiết kế Khi tính toán thiết kế, với yêu cầu độ chính xác không cao, có thể áp dụng nhiều tính gần đúng. Trên cơ sở giải thiết đã xác định được TTCS ứng với chế độ phụ tải cực đại ∆Pmax .Tổn thất điện năng được tính theo công thức đơn giản sau: - Công thưc kinh điển: (0,124 Tmax .10 4 ).8760 5 - Công thức Kenzevits: 2.Tmax 8760 8760 Tmax P (1 min ) Tmax 2.Pmin Pmax 1 8760 Pmax - Công thức Vanlander: 8760[(0,13. Tmax T ) (0,87. max ) 2 ] 8760 8760 - Tra đường cong tính toán: f (Tmax .cos ) Các công thức trên chỉ là gần đúng, lấy theo thực nghiệm và tiệm cận hóa, nhất là được xác định trên những lưới điển hình, có cấu trúc tiêu chuẩn của nước ngoài. Điều này có thể không phù hợp với điều kiện của LPP Việt Nam. b. Tính toán TTĐN trong hệ thống cung cấp điện Về lý thuyết TTĐN trên mỗi nhánh của mạng phân phối được xác định theo công thức sau: t A 3.R I 2 (t ).dt 0 c. - Các phương pháp kinh điển Phương pháp phân tích đồ thị. Phương pháp dòng điện trung bình bình phương. Phương pháp thời gian tổn thất. d. Phương pháp đường cong tổn thất e. Phương pháp sử dụng phần mềm để tính toán tổn thất 1.2.5. Các biện pháp giảm tổn thất điện năng - Nhóm biện pháp kỹ thuật - Nhóm biện pháp tổ chức 1.3. KÊT LUẬN CHƯƠNG 1 6 CHƯƠNG 2. HIỆN TRẠNG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI ĐIỆN LỰC LÂM HÀ 2.1. TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN LỰC LÂM HÀ Điện lực Lâm Hà có trụ sở đặt tại huyện Lâm Hà trực thuộc tỉnh Lâm Đồng có tổng diện tích khoảng 979,52km2, huyện có 14 xã và 2 thị trấn, ranh giới tiếp giáp với các huyện Đam Rông, Đức Trọng, Di Linh, và thành phố Đà Lạt. Huyện Lâm Hà nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa, khí hậu có hai mùa rõ rệt: mùa khô từ tháng 11 đến tháng 4, mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 10. Điện lực Lâm Hà là đơn vị trực thuộc Công ty Điện lực Lâm Đồng, được thành lập vào năm 2009 với nhiệm vụ chính: - Thực hiện nhiệm vụ sản xuất, kinh doanh điện năng; chăm sóc và phát triển khách hàng trên địa bàn quản lý. - Tham mưu cho Công ty, Chính quyền địa phương trong công tác quy hoạch, phát triển lưới điện, an toàn hành lang lưới điện. - Quản lý vận hành và sửa chữa hệ thống Công nghệ thông tin và mạng cáp quang nội bộ trên địa bàn đơn vị quản lý. Cơ cấu tổ chức Điện lực Lâm Hà gồm: 4 phòng và 1 đội trực thuộc quản lý số lượng tài sản cụ thể: - Tài sản Điện lực: Đường dây trung thế: 353,130km; Đường dây hạ thế: 449,406km; Trạm biến áp: 338 trạm với tổng công suất 27.252kVA. - Tài sản khách hàng: Đường dây trung thế: 48,874km; Đường dây hạ thế: 54,690km; Trạm biến áp: 195 trạm với tổng công suất 21.070kVA. Trong các năm qua, Điện lực đã thực hện các công trình Đàu tư xây dựng cơ bản, sửa chữa lớn lưới điện trung hạ thế và trạm biến áp với một số công trình trọng điểm như: Trạm biến áp 110/22kV Lâm Hà (năm 2015), Lộ ra trạm 110/22kV Lâm Hà, phát triển lưới điện phân phối huyện, sửa chữa lớn đường dây trung hạ thế và trạm biến áp lưới điện Điện lực Lâm Hà, chống quá tải các khu vực tưới tiêu huyện năm 2016 và nhiều công trình khác với tổng mức đầu tư: 17 tỷ đồng, đầu tư xây dựng cơ bản 11,7 tỷ đồng. 7 2.2. HIỆN TRẠNG VỀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI VÀ TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRÊN LƯỚI PHÂN PHỐI CỦA ĐIỆN LỰC LÂM HÀ 2.2.1. Giới thiệu chung về lưới điện phân phối Điện lực Lâm Hà Để nâng cao chất lượng điện cung cấp cho khách hàng, trong các năm qua được sự quan tâm và chỉ đạo của Công ty Điện lực Lâm Đồng, hệ thống lưới điện của Điện lực Lâm Hà đã được nâng cấp, cải tạo và chuyển đổi phương thức vận hành để phù hợp với thực tế đảm bảo lưới điện được vận hành tối ưu. Hiện tại Điện lực đang nhận nguồn từ 3 phát tuyến chính: tuyến 471;473 nhận nguồn từ trạm 110kV Lâm Hà và tuyến 478 nhận nguồn từ trạm 110kV Đà Lạt 1. Khi có công tác hoặc sự cố sẽ chuyển đổi phương thức vận hành và nhận nguồn từ các phát tuyến dự phòng: 471;475 trạm 110kV Đức Trọng, tuyến 477 trạm 110kV Di Linh để đảm bảo vận hành cấp điện ổn định và liên tục cho khách hàng. Lưới điện 22kV Lâm Hà có tổng chiều dài 401,448km (trong đó đường dây 3 pha: 189,243km và đường dây 1 pha: 221,275km); 544 trạm biến áp (trong đó: 165 trạm 3 pha và 379 trạm 1 pha với tổng công suất đặt 47.521,5 kVA bao gồm cả trạm biến áp công cộng và khách hàng). Hệ thống đường dây hạ áp gồm 86 TBA 3 pha: 15.877,5kVA và 252 TBA 1 pha: 11.374kVA, đường dây hạ thế 3 pha: 145,248km, đường dây hạ thế 1 pha 2 dây: 313,938km, đường dây hạ thế 1 pha 3 dây: 44,91km Lưới điện vận hành với tiêu chuẩn nối đất trực tiếp. Phụ tải điện có công suất Pmax cao điểm khoảng 17,2MW và đạt đến 18MW đến cuối năm 2017, sản lượng nhận lưới trung bình khoảng 313.000kWh/ngày (max 332.000kWh/ngày). 2.2.2. Phương án cấp điện cho các phụ tải của huyện Lâm Hà: Tuyến 473 trạm 110kV Lâm Hà: cấp điện cho thị trấn Đinh Văn, một phần thị trấn Nam Ban và các xã Gia Lâm, Nam Hà, Phi Tô. Ngoài ra còn chuyển tải hộ cho một phần huyện Đức Trọng. Tuyến 471 trạm 110kV Lâm Hà: cấp điện cho các xã Đạ Đờn, Phú Sơn, Tân Văn, Tân Hà, Phúc Thọ, Hoài Đức, Tân Thanh, Đan Phượng và Liên Hà. Ngoài ra còn chuyển tải hộ cho huyện Đam Rông. 8 Tuyến 478 trạm 110kV Đà Lạt 2: Cấp điện cho các xã Mê Linh và một phần thị trấn Nam Ban. 2.2.3. Các thông số kỹ thuật lưới điện phân phối huyện Lâm Hà, tỉnh Lâm Đồng a. Các thông số kỹ thuật lưới điện trung áp 22kV Huyện Lâm Hà được cấp điện từ trạm 110/22kV Lâm Hà, trạm 110/22kV Đà Lạt 2 với các thông số kỹ thuật chính như sau: Trạm 110/22kV Lâm Hà: Gồm 01 ngăn lộ 110kV đầu vào, 01MBA công suất 40MVA, 05 ngăn lộ 22kV phụ tải. Trạm 110/22kV Đà Lạt 2: Gồm 01 ngăn lộ 110kV đầu vào, 01MBA công suất 40MVA, 05 ngăn lộ 22kV phụ tải. Thông số kỹ thuật của các xuất tuyến lưới điện trung áp Imax (A) Loại dây Công suất P (MW) STT Xuất tuyến Icp (A) 1 471 Lâm Hà 630 247 AC185 9,2 2 473 Lâm Hà 630 159 ACX185 5,8 3 478 Đà lạt 1 630 385 AC150 12,8 Ghi chú b. Các thông số kỹ thuật của MBA Trên lưới điện phân phối của huyện Lâm Hà sử dụng các loại máy biến áp phân phối 22/0,4kV với các loại công suất cụ thể: - Máy biến áp 3 pha 22/0,4kV công suất: 100kVA, 160kVA, 250kVA, 320 kVA, 400 kVA, 560 kVA, 630 kVA, 1000 kVA. - Máy biến áp 1 pha 12,7/0,23kV công suất: 15 kVA, 25 kVA, 37,5 kVA, 50 kVA, 75 kVA, 100 kVA. c. Các thông số kỹ thuật của lưới điện hạ áp 0,4kV Lưới điện hạ áp sau các TBA phân phối (22/0,4kV) gồm các đường dây 3 pha, 1 pha, sử dụng nhiều loại dây khác nhau cụ thể như sau: - Dây nhôm lõi thép: AC50, AC70, AC95. - Dây nhôm trần: A50, A70, A95. - Dây đồng trần: C22, C25, C35, C50, C70. 9 - Dây đồng bọc: CV25, CV35, CV50, CV70. - Dây cáp hạ thế LV-ABC 3x95mm2, LV-ABC 4x95mm2, LV-ABC 3x120mm2, LV-ABC 4x120mm2. 2.2.4. Tình trạng bù hiện tại a. Bù trung áp: 05 vị trí với tổng dung lượng 2400kVAr. b. Bù hạ áp: 415 vị trí với tổng dung lượng 3767,5kVAr. 2.2.5. Đặc điểm của lưới điện hạ áp huyện Lâm Hà Toàn huyện có 601 trạm biến áp bán điện hạ áp (trong đó: 183 trạm 3 pha và 418 trạm 1 pha với tổng công suất đặt 52,892MVA). Trong đó có 386 trạm biến áp công cộng có đường dây hạ thế, còn lại là các trạm biến áp bán điện qua hệ thống đo ghi tại TBA. Hệ thống các đường dây hạ áp sau trạm biến áp công cộng cấp điện cho phụ tải gồm các đường dây 3 pha 4 dây, 1 pha 2 dây cho 3 trạm 3 pha và 1 pha 3 dây cho trạm 1 pha. Có bán kính cấp điện trung bình từ 800 đến 1000m 2.2.6. Chất lượng điện áp Đường dây trung áp có bán kính cấp điện dài, chưa được đầu tư cải tạo giảm bán kính cấp điện, mặt khác phụ tải phát triển tương đối nhanh nên điện áp cuối nguồn chưa được đảm bảo, còn thấp vì vậy làm cho tổn thất điện năng tăng. Ví dụ như tuyến 473 điện áp đầu đường dây là 12,7 kV, điện áp cuối đường dây chỉ còn 12,7 kV (Nhánh rẽ Hai Bà). Lưới điện hạ áp cũng tương tự, hiện nay còn nhiều trạm biến áp lưới điện hạ áp có bán kính cấp điện lớn, điện áp cuối nguồn thấp dẫn đến làm tăng tổn thất. Ví dụ: Trạm biến áp Suối 1-2 (50kVA), bán kính cấp điện 1050m, điện áp cuối nguồn 210V, tổn thất điện năng 8,69% 2.2.7. Tính chất phụ tải Phụ tải của lưới điện huyện được chia ra làm 07 nhóm tải chính như sau: - Nhóm 1: Tiêu dùng dân cư thành thị (thị trấn). - Nhóm 2: Tiêu dùng dân cư nông thôn. 2.2.8. Tình hình thực hiện giảm tổn thất và số liệu tổn thất qua các năm - Tỷ lệ tổn thất điện năng đơn vị thực hiện từ năm 2015 đến năm 2017 như trong bảng: 10 Năm 2013 2014 2015 2016 2017 Điện nhận KW h 46,830,24 51,461,80 3 5 58,479,32 4 64,977,02 83,303,88 7 1 Thương phẩm KW h 43,589,59 47,972,69 0 5 54,707,40 8 60,941,95 78,347,30 4 0 Tổn thất % 6.92 6.78 6.45 6.21 5.95 - Điện tổn thất theo cấp điện áp (triệu kWh) như bảng : Năm 2013 2014 2015 2016 2017 Điện tổn thất lưới hạ áp (kWh) 1,123,92 1,193,91 6 4 1,315,78 5 1,429,49 1,749,38 5 1 Điện tổn thất lưới trung áp (kWh) 2,116,72 2,295,19 7 7 2,456,13 2 2,605,57 3,207,19 9 9 - Tỷ lệ tổn thất trên lưới hạ thế, sau các trạm biến áp công cộng: có 338 trạm biến áp có lưới điện hạ áp được khai thác hiệu suất trạm công cộng trên chương trình CMIS, trong đó TTĐN có 05 TBA n>30%, 13 TBA 20% - Xem thêm -