Tài liệu Nâng cao độ tin cậy và hiệu quả vận hành bằng các giải pháp tự động trên lưới phân phối 35kv tỉnh bắc kạn

.. ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ––––––––––––––––––––––––––––– CAO DIỄM THANH NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY VÀ HIỆU QUẢ VẬN HÀNH BẰNG CÁC GIẢI PHÁP TỰ ĐỘNG TRÊN LƯỚI PHÂN PHỐI 35kV TỈNH BẮC KẠN Ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 8520201 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. TRƯƠNG TUẤN ANH Thái Nguyên - 2019 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan, đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, được thực hiện trên cơ sở nghiên cứu về lý thuyết và tổng hợp từ nhiều nguồn tài liệu tham khảo khác nhau: Sách, báo, tạp chí chuyên ngành, internet, thư viện các trường, cơ quan... Qua số liệu thu thập thực tế, tổng hợp lại, không sao chép bất kỳ luận văn nào trước đó và dưới sự hướng dẫn khoa học của TS. Trương Tuấn Anh - Giảng viên trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên. Dữ liệu nghiên cứu được thu thập thực tế tại Công ty Điện lực Bắc Kạn. Các số liệu và kết quả tính toán trong luận văn là trung thực; các đánh giá, kiến nghị đưa ra xuất phát từ thực tiễn, kinh nghiệm và chưa từng được công bố trong bất kỳ một công trình nào khác. Tác giả luận văn Cao Diễm Thanh Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn LỜI CẢM ƠN Qua thời gian học tập, nghiên cứu chương trình cao học kỹ thuật điện của trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, đã giúp tác giả nhận thức sâu sắc về cách thức nghiên cứu, phương pháp tiếp cận các đối tượng nghiên cứu và lựa chọn đề tài luận văn tốt nghiệp cao học; đồng thời góp phần nâng cao kiến thức chuyên môn vững vàng, nâng cao năng lực thực hành, khả năng thích ứng cao trước sự phát triển của khoa học, kĩ thuật và kinh tế; có khả năng phát hiện, giải quyết độc lập những vấn đề thuộc chuyên ngành được đào tạo và phục vụ cho công tác được tốt hơn. Việc thực hiện nhiều bài tập nhóm trong thời gian học đã giúp tác giả sớm tiếp cận được cách làm, phương pháp nghiên cứu, tạo tiền đề cho việc độc lập trong nghiên cứu và hoàn thành luận văn tốt nghiệp này. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến: TS. Trương Tuấn Anh đã giúp đỡ, hướng dẫn hết sức chu đáo, nhiệt tình trong quá trình thực hiện để tác giả hoàn thành luận văn thạc sĩ này; Các cán bộ nhân viên trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp đã tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả trong quá trình tiến hành bảo vệ luận văn thạc sĩ; Các đồng chí lãnh đạo và tập thể cán bộ công nhân viên của Công ty Điện lực Bắc Kạn đã giúp đỡ tác giả thực hiện việc nghiên cứu, thu thập các số liệu để tác giả hoàn thành luận văn thạc sĩ này; các đồng nghiệp là những người đã hoàn thành chương trình cao học, đã dành thời gian đọc, đóng góp, chỉnh sửa cho luận văn thạc sĩ này hoàn thiện tốt hơn; Gia đình, bạn bè của tác giả đã giúp đỡ, tạo điều kiện về thời gian, động viên tác giả trong quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn; Tác giả mong muốn tiếp tục nhận được sự chia sẻ, hỗ trợ và tạo điều kiện của Hội đồng Chấm luận văn thạc sĩ, các bạn bè, đồng nghiệp, gia đình và người thân để bản luận văn này hoàn thiện hơn. Xin trân trọng cảm ơn! Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................................... i LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................................ii MỤC LỤC ............................................................................................................................iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ....................................................... vi DANH MỤC CÁC BẢNG ..................................................................................................vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .............................................................................viii MỞ ĐẦU ............................................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN TỈNH BẮC KẠN VÀ LƯỚI ĐIỆN 35 KV ĐIỆN LỰC THÀNH PHỐ BẮC KẠN ................................................................... 7 1. 1. Mô hình Điều độ tại Công ty Điện lực Bắc Kạn........................................................ 7 1.1.1. Sơ đồ tổ chức Điều độ chung ............................................................................... 7 1.1.2. Mô hình phòng Điều độ Công ty Điện lực Bắc Kạn ........................................... 7 1.1.3. Phân cấp quyền điều khiển, quyền kiểm tra của các cấp điều độ ........................ 8 1.1.4. Mô hình quản lý Đội quản lý vận hành lưới điện cao thế Bắc Kạn ..................... 9 1.1.5. Mô hình quản lý Điện lực thành phố Bắc Kạn .................................................. 10 1.1.6. Mô hình quản lý các Điện lực còn lại ................................................................ 10 1.2. Lưới điện tỉnh Bắc Kạn ............................................................................................. 11 1.2.1 Nguồn điện .......................................................................................................... 11 1.2.2. Lưới điện ............................................................................................................ 11 1.3. Lưới điện 35kV thành phố Bắc Kạn ......................................................................... 13 1.3.1. Xuất tuyết đường dây ĐDK 372 ........................................................................ 13 1.3.2. Xuất tuyết đường dây ĐDK 373 ........................................................................ 15 1.3.3. Xuất tuyết đường dây ĐDK 374 ........................................................................ 17 1.4. Kết luận chương 1 ..................................................................................................... 18 Chương 2. CẤU TRÚC LƯỚI PHÂN PHỐI TRUNG ÁP VÀ ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN ............................................................................................................. 20 2.1. CẤU TRÚC LƯỚI PHÂN PHỐI TRUNG ÁP ........................................................ 20 2.1.1. Phương án nối dây trong lưới điện phân phối.................................................... 20 2.1.2. Sơ đồ lưới điện phân phối trung áp trên không ................................................. 21 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 2.1.3. Sơ đồ lưới điện phân phối cáp trung áp ............................................................. 22 2.1.4. Sơ đồ hệ thống phân phối điện .......................................................................... 25 2.2. ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN ............................................................................ 26 2.2.1. Khái niệm chung về độ tin cậy .......................................................................... 26 2.2.2. Độ tin cậy của hệ thống ..................................................................................... 26 2.2.3. Độ tin cậy của phần tử ....................................................................................... 34 2.2.4. Chỉ tiêu đánh giá độ tin cậy của lưới phân phối ................................................ 46 2.3. Kết luận chương 2 ..................................................................................................... 54 Chương 3. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH VÀ TÍNH TOÁN CHỈ SỐ ĐỘ TIN CẬY CỦA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THEO SƠ ĐỒ ................................................... 55 3.1. Khái niệm chung ....................................................................................................... 55 3.2. Sơ đồ lưới điện hình tia không phân đoạn ................................................................ 56 3.3. Sơ đồ lưới điện hình tia có phân đoạn ...................................................................... 58 3.3.1. Sơ đồ lưới điện hình tia có phân đoạn rẽ nhánh được bảo vệ bằng cầu chì ....... 58 3.3.2. Lưới điện hình tia phân đoạn bằng các dao cách ly và rẽ nhánh có bảo vệ bằng cầu chì ................................................................................................................. 59 3.3.3. Lưới điện hình tia phân đoạn bằng các máy cắt và rẽ nhánh có bảo vệ bằng cầu chì .......................................................................................................................... 60 3.4. Sơ đồ lưới điện kín vận hành hở ............................................................................... 61 3.5. Các giải pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho lưới điện phân phối .............. 65 3.5.1. Sử dụng các thiết bị điện có độ tin cậy cao ....................................................... 65 3.5.2. Sử dụng các thiết bị tự động, các thiết bị điều khiển từ xa ................................ 65 3.5.3. Sử dụng linh hoạt các sơ đồ đi dây, kết dây ...................................................... 66 3.5.4. Tổ chức và sửa chữa nhanh sự cố ...................................................................... 66 3.6. Nâng cao hiệu quả vận hành bằng các giải pháp tự động hóa trên lưới điện trung thế ........................................................................................................................... 67 3.6.1. Thiết bị chỉ thị phân đoạn sự cố (FPIs) .............................................................. 67 3.6.2. Thiết bị tự động đóng lặp lại (Automatic Recloser - AR) ................................. 69 3.6.3. Chức năng tự động khép mạch vòng (Loop Automation- LA) ......................... 71 3.6.4. Recloser và thiết bị tự động phân đoạn sự cố (Sectionalisers Automation - SA) ......... 72 3.7. Kết luận chương 3 ..................................................................................................... 73 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn Chương 4. TÍNH TOÁN ĐỘ TIN CẬY LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP 35KV THÀNH PHỐ BẮC KẠN ................................................................................................................. 74 4.1. Giới thiệu về phần mềm PSS/ADEPT ...................................................................... 74 4.1.1. Cài đặt đặt các thông số cơ bản của lưới điện.................................................... 75 4.1.2. Lập sơ đồ và nhập các thông số của các phần tử trên sơ đồ .............................. 76 4.2. Thiết kế sơ đồ tính toán trên phần mềm PSS/ADEPT .............................................. 77 4.2.1. Thông số đường dây .......................................................................................... 77 4.2.2. Thông số máy biến áp ........................................................................................ 78 4.2.3. Thông số nút tải ................................................................................................. 78 4.2.4. Giao diện cài đặt thông số bài toán tính toán độ tin cậy .................................... 79 4.3. Tính toán độ tin cậy của lưới điện 35kV thành phố Bắc Kạn ................................... 79 4.3.1. Tính toán các chỉ số độ tin cậy phương án 1 ..................................................... 82 4.3.2. Tính toán các chỉ số độ tin cậy phương án 2 ..................................................... 82 4.3.3. Tính toán các chỉ số độ tin cậy phương án 3 ..................................................... 83 4.3.4. Tổng hợp kết quả tính toán các chỉ số độ tin cậy............................................... 83 4.4. Kết luận chương 4 ..................................................................................................... 84 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................................... 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 88 PHỤ LỤC............................................................................................................................ 89 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT LĐPP Lưới điện phân phối CLĐA Chất lượng điện áp CCĐ Cung cấp điện CSPK Công suất phản kháng CSTD Công suất tác dụng TTĐN Tổn thất điện năng MBA Máy biến áp TBA Trạm biến áp ĐDK Đường dây trên không TVH Trực vận hành QLVH PSS/ADEPT DRA Analysis Quản lý vận hành Power System Simulator/Advanced Distribution Engineering Productivity Tool Tính toán độ tin cậy lưới điện SAIFI Tần suất ngừng cung cấp điện trung bình hệ thống (System Average Interruption Frequency Index) SAIDI Thời gian ngừng cung cấp điện trung bình của hệ thống (System Average Interruption Duration Index) CAIFI Tần suất mất điện trung bình của khách hàng (Customer Average Interruption Frequency Index) CAIDI Thời gian mất điện trung bình của khách hàng (Customer Average Interruption Duration Index) MAIFI Tần suất trung bình của mất điện thoáng qua của hệ thống (Momentary Average Interruption Frequency index) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Trạm phân phối xuất tuyến đường dây ĐDK 372. .............................................. 13 Bảng 1.2. Đường dây 35kV xuất tuyến ĐDK 372. .............................................................. 14 Bảng 1.3. Trạm phân phối xuất tuyến đường dây ĐDK 373. .............................................. 15 Bảng 1.4. Đường dây 35kV xuất tuyến ĐDK 373. .............................................................. 16 Bảng 1.5. Trạm phân phối xuất tuyến đường dây ĐDK 374. .............................................. 17 Bảng 1.6. Đường dây 35kV xuất tuyến ĐDK 374. .............................................................. 18 Bảng 3.1. Thông số của hệ thống......................................................................................... 57 Bảng 3.2. Số liệu về khách hàng và tải trung bình ở các nút phụ tải ................................... 57 Bảng 3.3. Các chỉ tiêu độ tin cậy tại các nút tải của lưới điện hình tia không phân đoạn rẽ nhánh không được bảo vệ bằng cầu chì ...................................................... 57 Bảng 3.4. Các chỉ tiêu độ tin cậy tại các nút tải của lưới điện hình tia không phân đoạn rẽ nhánh được bảo vệ bằng cầu chì ................................................................. 58 Bảng 3.5. Các chỉ tiêu độ tin cậy tại các nút tải của lưới điện hình tia phân đoạn bằng dao cách ly và rẽ nhánh được bảo vệ bằng cầu chì ......................................... 60 Bảng 3.6. Các chỉ tiêu độ tin cậy tại các nút tải của lưới điện hình tia phân đoạn bằng máy cắt và rẽ nhánh được bảo vệ bằng cầu chì ............................................... 61 Bảng 3.7. Các chỉ tiêu độ tin cậy tại các nút tải của lưới điện kín vận hành hở .................. 62 Bảng 3.8. Các chỉ tiêu độ tin cậy tại các nút tải của hệ thống Hình 2.5 trong trường hợp hạn chế công suất chuyển tải. .................................................................. 63 Bảng 3.9. Tổng hợp các chỉ tiêu độ tin cậy của các hệ thống từ hình 3.1 đến hình 3.5. ..... 64 Bảng 4.1. Số liệu tính toán độ tin cậy cung cấp điện. .......................................................... 80 Bảng 4.2. Tổng hợp các chỉ số độ tin cậy của lưới phân phối 35kV thành phố Bắc Kạn. ......... 81 Bảng 4.3. Vị trí lắp đặt các thiết bị lộ 372 - E26.1. ............................................................. 81 Bảng 4.4. Vị trí lắp đặt các thiết bị lộ 373 - E26.1. ............................................................. 81 Bảng 4.5. Vị trí lắp đặt các thiết bị lộ 374 - E26.1. ............................................................. 82 Bảng 4.6. Tổng hợp kết quả tính toán các chỉ số độ tin cậy phương án 1. .......................... 82 Bảng 4.7. Tổng hợp kết quả tính toán các chỉ số độ tin cậy phương án 2. .......................... 82 Bảng 4.8. Tổng hợp kết quả tính toán các chỉ số độ tin cậy phương án 3. .......................... 83 Bảng 4.9. Tổng hợp kết quả tính toán các chỉ số độ tin cậy lộ 372 - E26.1. ....................... 83 Bảng 4.10. Tổng hợp kết quả tính toán các chỉ số độ tin cậy lộ 373 - E26.1. ..................... 83 Bảng 4.11. Tổng hợp kết quả tính toán các chỉ số độ tin cậy lộ 374 - E26.1. ..................... 84 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1. Sơ đồ tổ chức điều độ chung.................................................................................. 7 Hình 1.2. Mô hình phòng điều độ Công ty điện lực Bắc Kạn ............................................... 7 Hình 1.3. Mô hình quản lý Đội quản lý vận hành lưới điện cao thế Bắc Kạn. ...................... 9 Hình 1.4. Mô hình quản lý Điện lực thành phố Bắc Kạn. ................................................... 10 Hình 1.5. Mô hình quản lý các Điện lực còn lại. ................................................................. 10 Hình 2.1. Sơ đồ lưới phân phối trên không hình tia không phân đoạn ................................ 21 Hình 2.2. Sơ đồ lưới phân phối cáp mạch vòng kín ............................................................ 23 Hình 2.3. Cung cấp điện bằng hai đường dây song song .................................................... 23 Hình 2.4. Mạch liên nguồn .................................................................................................. 24 Hình 2.5. Cung cấp điện thông qua trạm cắt ....................................................................... 24 Hình 2.6. Sơ đồ sử dụng đường dây dự phòng chung ......................................................... 24 Hình 2.7. Sơ đồ hệ thống phân phối điện ............................................................................ 25 Hình 2.8. Trạng thái hỏng hóc của hệ thống điện ................................................................ 29 Hình 2.9. Cấu trúc độ tin cậy của hệ thống điện .................................................................. 32 Hình 2.10. Đường quan hệ R(t) theo thời gian .................................................................... 35 Hình 2.11. Quan hệ (t) ....................................................................................................... 38 Hình 2.12. (t) khi xét đến bảo dưỡng định kỳ.................................................................... 39 Hình 2.13. Mô tả trạng thái của phần tử .............................................................................. 41 Hình 2.14. Graph trạng thái ................................................................................................. 43 Hình 2.15. Sửa chữa sự cố thực tế và bảo dưỡng định kỳ ................................................... 45 Hình 2.16. Sơ đồ tự động đóng nguồn dự phòng ................................................................. 48 Hình 3.1. Sơ đồ lưới điện hình tia không phân đoạn. .......................................................... 56 Hình 3.2. Sơ đồ lưới điện hình tia có phân đoạn rẽ nhánh được bảo vệ bằng cầu chì ......... 58 Hình 3.3. Sơ đồ lưới điện hình tia phân đoạn bằng dao cách ly và rẽ nhánh được bảo vệ bằng cầu chì ................................................................................................ 59 Hình 3.4. Sơ đồ lưới điện hình tia phân đoạn bằng máy cắt và rẽ nhánh được bảo vệ bằng cầu chì .................................................................................................... 60 Hình 3.5. Sơ đồ lưới điện kín vận hành hở .......................................................................... 62 Hình 3.6. Nguyên tắc phân đoạn sự cố dựa trên thiết bị FPIs ............................................. 68 Hình 3.7. Giải pháp giám sát xa các thiết bị FPIs ................................................................ 69 Hình 3.8. Thiết bị tự động đóng lặp lại (Automatic Recloser) ............................................ 69 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn Hình 3.9. Sơ đồ mô tả chức năng tự động khép mạch vòng của các AR ............................ 71 Hình 3.10. Sơ đồ minh họa phương thức phối hợp giữa recloser và các thiết bị SA .......... 72 Hình 4.1. Giao diện phần mềm PSS/ADEPT 5.0 ................................................................ 75 Hình 4.2. Thẻ thiết lập thông số lưới điện ........................................................................... 76 Hình 4.3. Thanh công cụ Diagram ....................................................................................... 76 Hình 4.4. Thư viện thiết lập thông số đường dây ................................................................ 77 Hình 4.5. Thẻ thiết lập thông số đường dây......................................................................... 77 Hình 4.6. Thẻ thiết lập thông số máy biến áp ...................................................................... 78 Hình 4.7. Thiết lập thông số phụ tải .................................................................................... 78 Hình 4.8. Thiết lập số khách hàng tính độ tin cậy đường dây ............................................. 78 Hình 4.9. Thiết lập thông số tính toán độ tin cậy................................................................. 79 Hình 4.10. Xuất kết quả tính toán độ tin cậy ....................................................................... 79 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Phân phối điện là khâu cuối cùng của hệ thống điện đưa điện năng trực tiếp đến các hộ tiêu thụ điện. Trong quá trình sản xuất, truyền tải và phân phối điện thường xảy các sự cố lưới điện đặc biệt là sự cố ngắn mạch. Nhiệm vụ kỹ thuật và mục tiêu nói chung đặt ra cho các Công ty Điện lực/Tổng Công ty Điện lực trực thuộc Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) là phải đưa ra các giải pháp tối ưu nhằm quản lý vận hành ổn định hệ thống điện… Trong đó, việc ứng dựng các giải pháp tự động sẽ mang lại hiệu quả vận hành an toàn, nâng cao tin cậy cho lưới điện, đảm bảo cấp điện liên tục, ổn định. Trải qua các giai đoạn xây dựng và phát triển, hiện nay lưới điện phân phối tỉnh Bắc Kạn đang khai thác có hai cấp điện áp là 22kV cho khu vực thành phố Bắc Kạn, cấp điện áp 35kV cấp điện cho khu vực vùng ven thành phố Bắc Kạn và các huyện trên địa bàn Tỉnh. Với đặc điểm lưới điện phân phối trung áp phân bố rộng trong không gian, nhiều cấp điện áp, chiều dài đường dây lớn, nhiều rẽ nhánh và nhiều chủng loại dây dẫn khác nhau. Trong những năm qua, khối lượng đường dây và trạm biến áp phân phối cấp điện của Công ty Điện lực Bắc Kạn đưa vào vận hành khai thác ngày càng lớn, cụ thể như sau: TT 1 2 3 4 Nội dung Đường dây cao thế 110kV Đường dây trung thế 22÷35kV Đường dây hạ thế Trạm biến áp 110kV 5 TBA phân phối 6 7 8 9 10 11 Trạm cắt 35kV Trạm cắt 22kV Tụ bù trung thế Tụ bù hạ thế Tủ RMU 24kV Thiết bị chỉ báo sự cố MBA tự ngẫu giữ ổn định điện áp 35kV Công tơ 12 13 Khối lượng 134,79 km 1.762,5 km 2.027,1 km 02 TBA dung lượng 75 MVA 1.055 trạm với tổng dung lượng: 166.232,5 kVA 59 máy cắt Recloser 04 trạm cắt Schneider 21 bộ với tổng dung lượng 12.600 kVAr 338 bộ với tổng dung lượng 14.410 kVAr 51 tủ 12 bộ 02 máy dung lượng 12,5 MVA 92.528 chiếc Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn Trong đó: - Lộ đường dây 371 trạm E26.1 có chiều dài 716,94km, sử dụng dây dẫn AC120; AC95; AC70 và AC50 cấp điện cho phụ tải huyện Pác Nặm, huyện Ngân Sơn, phần lớn phụ tải các xã của huyện Ba Bể, một số xã của huyện Bạch Thông (các xã Nguyên Phúc, Cẩm Giàng, Sỹ Bình, Vũ Muộn, Cao Sơn, Phương Linh, Tú Trĩ, Vi Hương và Thị trấn Phủ Thông) và một phần thành phố Bắc Kạn. Lộ liên kết cấp điện với lộ 371 trạm 110 kV Chợ Đồn, liên hệ mạch vòng với lộ 373, 376 trạm 110 kV Bắc Kạn. - Lộ đường dây 372 trạm E26.1 có chiều dài 52,54km, sử dụng dây dẫn AC120 cấp điện cho một phần phụ tải thành phố Bắc Kạn và huyện Bạch Thông, liên kết cấp điện với lộ 371 trạm 110 kV Chợ Đồn. - Lộ đường dây 373 trạm E26.1 có chiều dài 485,38km, sử dụng dây dẫn AC120; AC95; AC70 và AC50 cấp điện cho phụ tải huyện Chợ Mới và huyện Na Rì và một phần phụ tải khu vực thành phố Bắc Kạn. Lộ liên kết cấp điện với lộ 371, 374 trạm 110 kV Bắc Kạn. - Lộ đường dây 374 trạm E26.1 có chiều dài 49,28km, sử dụng dây dẫn AC120; AC70 và AC50 cấp điện cho phụ tải khu vực thành phố Bắc Kạn và huyện Chợ Mới. - Lộ đường dây 376 và 378 trạm E26.1 chiều dài 12,3km, sử dụng dây dẫn AC120 cấp điện cho phụ tải huyện Bạch Thông. - Các lộ đường dây 371, 373, 375, 377, 379 trạm E26.2 có chiều dài 341,71km, sử dụng dây dẫn AC120; AC95; AC70 và AC50 cấp điện cho phụ tải huyện chợ Đồn. Với lộ 371 liên kết mạch vòng với lộ 371 Trạm E26.1, lộ 373 liên kết mạch vòng với lộ 372 Trạm 110kV Bắc Kạn - Các lộ đường dây 471, 472, 474 Trạm E26.1 có chiều dài 55,78km sử dụng dây dẫn AC 70, AC 120 và M120, M240 cấp điện cho khu vực thành phố Bắc Kạn. Cùng với khối lượng quản lý vận hành đường dây và trạm biến áp ngày càng lớn, việc hư hỏng, sự cố xảy ra trên lưới điện của Công ty Điện lực Bắc Kạn nhìn chung tăng so với năm trước, đặc biệt trên lưới điện trung thế. Thống kê sự cố đường dây cao thế và TBA lũy kế đến hết năm 2018 như sau: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn Lũy kế 2018 Số TT Nội dung Suất sự cố Suất sự cố 2017 % tăng, giảm so với cùng kỳ I Đường dây và TBA 110kV 3 3 0,0 1 Sự cố thoáng qua (vụ) 2 2 0,0 2 Sự cố vĩnh cửu (vụ) 1 1 0,0 II Đường dây và TBA 22-35KV 1 Sự cố thoáng qua (vụ) 126,0 126,0 0,0 2 Sự cố vĩnh cửu (vụ) 109,0 81,0 34,57 Tổng vụ sự cố 235,0 207,0 13,53 Có nhiều nguyên nhân dẫn đến tình trạng này: - Nguyên nhân khách quan như tình hình thời tiết diễn biến xấu bất thường cùng với địa hình đồi núi phức tạp trên địa bàn tỉnh. Cụ thể là do mưa, sét gây ra đứt dây dẫn, cây đổ vào đường dây. Các sự cố chủ yếu xảy ra ở lưới 35 kV do lưới điện tỉnh Bắc Kạn chủ yếu là cấp 35 kV, đi qua địa hình đồi núi phức tạp, chiều dài đường trục lớn. - Các nguyên nhân chủ quan liên quan do thiếu kinh phí đầu tư đổi mới thiết bị và đặc biệt là do công tác vận hành. Bất cứ sự hư hỏng nào trên lưới điện phân phối trung áp, gây gián đoạn việc cung cấp điện đều ảnh hưởng trực tiếp đến các phụ tải, giảm độ tin cậy cung cấp điện cho khách hàng. Tổng hợp kết quả thực hiện chỉ tiêu độ tin cậy cung cấp điện năm 2018 của Công ty Điện lực Bắc Kạn như sau: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 0,120 0,090 -0,030 Thực hiện So sánh TH/KH MAIFI KH NPC giao Cả năm 2018 -1,410 91,660 93,070 SAIDI -0,210 1,260 1,470 SAIFI Mất điện do sự cố lưới điện phân phối 0,000 0,000 0,000 MAIFI -1,640 406,600 408,240 SAIDI -0,190 1,950 2,140 SAIFI -0,110 0,330 0,440 MAIFI -39,080 676,620 715,700 SAIDI -1,830 4,580 6,410 SAIFI Mất điện do công tác sửa chữa có Tổng hợp các trường hợp mất điện kế hoạch lưới điện phân phối (04 trường hợp) Do vậy cần khắc phục các nhược điểm trong công tác vận hành, nhằm đảm bảo cấp điện an toàn, ổn định, liên tục. Ngoài việc khảo sát các chế độ lưới điện, sự thay đổi phụ tải… để làm cơ sở nghiên cứu tính toán lựa chọn các thông số cài đặt phù hợp cho thiết bị trên lưới điện, có biện pháp nâng cao chất lượng công tác quản lý vận hành thì việc áp dụng các giải pháp tự động hóa trên lưới điện phân phối trung áp là một yêu cầu rất cần thiết. Với các lý do trên, đề tài “Nâng cao độ tin cậy và hiệu quả vận hành bằng các giải pháp tự động trên lưới phân phối 35kV tỉnh Bắc Kạn” là thiết thực, góp phần vào nâng cao hiệu quả trong vận hành, chủ động hơn trong việc phân vùng sự cố lưới điện, giảm thiểu thời gian và phạm vi mất điện do sự cố, nâng cao độ tin cậy, chất lượng cung cấp điện và đề xuất các hướng đầu tư khai thác hiệu quả các chức năng tự động hóa trên lưới điện phân phối trung áp tỉnh Bắc Kạn. 2. Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu chung: Mục tiêu của luận văn này là nghiên cứu một cách hệ thống cơ sở lý thuyết về tính toán các thông số vận hành, độ tin cậy trong hệ thống điện, từ đó áp dụng một số phương pháp tính toán để xác định các giải pháp tự động nhằm nâng cao hiệu quả vận hành lưới phân phối 35kV tỉnh Bắc Kạn. Áp dụng lý thuyết và sử dụng các thiết bị tự động hóa giúp cho việc phát hiện nhanh sự cố, nhanh chóng khôi phục cung cấp điện và hạn chế phạm vi mất điện của phụ tải, cấp điện ổn định liên tục cho tỉnh Bắc Kạn. Mục tiêu cụ thể: - Mục tiêu cụ thể là nghiên cứu các phương pháp để tính toán độ tin cậy của lưới điện phân phối. - Nghiên cứu các phương thức điều khiển xa thiết bị (remote control), các giải pháp sử dụng thiết bị chỉ thị phân đoạn sự cố (FPIs - Fault Passage Indicators), phối hợp hiệu quả với các thiết bị tự động đóng lặp lại (Automatic Reclosers – AR), bố trí hợp lý các thiết bị tự động phân đoạn (Sectionalizer Automation). - Nghiên cứu hiện trạng lưới điện phân phối 35kV gồm các lộ đường dây 372, 373 và 374 trạm biến áp 110kV E26.1 lưới điện thành phố Bắc Kạn. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn - Ứng dụng các phần mềm PSS/ADEPT, ETAP mô phỏng lưới điện phân phối tỉnh Bắc Kạn và tính toán các số liệu phục vụ nghiên cứu của đề tài. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Lưới điện phân phối 35kV thành phố Bắc Kạn gồm các lộ đường dây 372, 373 và 374 trạm biến áp 110kV E26.1. - Phần mềm PSS/ADEPT với chức năng tính toán độ tin cậy. 4. Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết: Phân tích đánh giá và hệ thống hóa các công trình nghiên cứu được công bố thuộc lĩnh vực liên quan: Bài báo, sách tham khảo, tài liệu hướng dẫn… - Nghiên cứu thực tiễn: Nghiên cứu thực tế thiết bị, các số liệu kỹ thuật cần thiết của các lộ đường dây 35kV lưới điện thành phố Bắc Kạn. 5. Tên và bố cục của đề tài Tên đề tài: " Nâng cao độ tin cậy và hiệu quả vận hành bằng các giải pháp tự động trên lưới phân phối 35kV tỉnh Bắc Kạn " Chương 1. Tổng quan về lưới điện tỉnh Bắc Kạn và lưới điện 35kV điện lực thành phố Bắc Kạn. Chương 2. Cấu trúcc lưới phân phối trung áp và độ tin cậy cung cấp điện. Chương 3. Phương pháp phân tích và tính toán chỉ số độ tin cậy của lưới điện phân phối theo sơ đồ. Chương 4. Tính toán độ tin cậy lưới điện trung áp 35kV thành phố Bắc Kạn. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN TỈNH BẮC KẠN VÀ LƯỚI ĐIỆN 35 KV ĐIỆN LỰC THÀNH PHỐ BẮC KẠN 1. 1. Mô hình Điều độ tại Công ty Điện lực Bắc Kạn 1.1.1. Sơ đồ tổ chức Điều độ chung A0 A1 ĐIỀU ĐỘ TỈNH TBA … TBA 1 Đường dây, thiết bị …. Hình 1.1. Sơ đồ tổ chức điều độ chung 1.1.2. Mô hình phòng Điều độ Công ty Điện lực Bắc Kạn TRƯỞNG PHÒNG Trực điều độ Phó phòng, bộ phận phương thức Hình 1.2. Mô hình phòng điều độ Công ty điện lực Bắc Kạn - Chỉ huy điều độ lưới điện thuộc quyền điều khiển, nhân lực: + Trưởng phòng: 01 người. + Phó phòng: 01 người. + Kỹ sư phương thức: 01 người (viết phiếu và duyệt PTT, lập phương thức cắt điện, tính toán chỉnh định rơ le bảo vệ lưới điện thuộc quyền điều khiển). Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn - Bộ phận trực điều độ: Đi ca theo chế độ 3 ca - 5 kíp, nhiệm vụ chỉ huy điều độ lưới điện thuộc quyền điều khiển và theo dõi tính toán các chỉ số độ tin cậy lưới điện. - Tổng số lao động hiện tại tại phòng Điều độ Công ty Điện lực Bắc Kạn: 11 người (01 trưởng phòng, 01 phó phòng, 08 điều độ viên, 01 học kèm cặp điều độ viên). - Công ty Điện lực Bắc Kạn trang bị các thiết bị Recloser với tổng số lượng 59 trạm, trong đó lộ đường dây 371 có 28 trạm với 02 loại là Cooper và Nulec. Trong đó đại đa số các Recloser đã được kết nối từ xa bằng sóng 3G và đường truyền có dây, các kết nối đến Phòng điều độ Công ty tuy nhiên tại phòng điều độ chưa có phần mềm theo dõi online đồng thời thể hiện hết các MC, muốn khai thác và cài đặt các thông số trên MC các điều độ viên phải thực hiện thao tác vào từng MC mới làm được. - Sau các sự cố việc xác định đúng nguyên nhân phân vùng sự cố còn gặp nhiều khó khăn do công tác cài đặt các thông số bảo vệ trên Recloser còn bất cập, các Recloser còn có các tác động bảo vệ đồng thời và vượt cấp. 1.1.3. Phân cấp quyền điều khiển, quyền kiểm tra của các cấp điều độ - Tuân thủ theo quy định tại thông tư 40/TT – BCT do Bộ Công thương ban hành ngày 05/11/2015 và tại công văn 342/EVN-ĐĐQG-KTSX của Tập đoàn Điện lực Việt Nam. - Phân cấp quyền điều khiển cụ thể như sau: Các thiết bị từ máy cắt tổng trung áp và thiết bị đóng cắt đi kèm đến cấp 110kV thuộc quyền của A1; thiết bị bù, các thiết bị đóng cắt phía hạ áp của các MBA 110kV cấp điện cho khu vực địa phương thuộc quyền điều khiển của Điều độ lưới điện phân phối. - Chỉ huy thao tác: + Cấp điều độ có quyền điều khiển (A1, Bx) viết phiếu, duyệt phiếu và chỉ huy thực hiện thao tác khi phải phối hợp thao tác thiết bị tại nhiều trạm điện, nhà máy điện hoặc trong trường hợp thao tác xa từ cấp điều độ có quyền điều khiển. + Đơn vị quản lý vận hành viết phiếu, duyệt phiếu và thực hiện thao tác trong nội bộ phạm vi 01 trạm điện. Trước khi thực hiện phiếu thao tác phải được cấp điều độ có quyền điều khiển cho phép. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn + Thực hiện thao tác: Điều độ viên chỉ huy thao tác trên thiết bị thuộc quyền điều khiển tương ứng với trực ca vận hành các đơn vị QLVH. - Giao nhận lưới điện: + Đối với các thao tác do A1 lập, phê duyệt và chỉ huy trực tiếp: Giao/nhận thiết bị qua điều độ Bx, sau đó điều độ Bx giao/nhận với đội quản lý lưới điện cao thế hoặc trực trạm 110kV hoặc TVH các Điện lực để bàn giao/tiếp nhận với đơn vị công tác. + Đối với thao tác trong phạm vi nội bộ 01 trạm điện (110kV): Sau khi thao tác xong và làm các biện pháp an toàn cần thiết, việc giao nhận thiết bị với đội công tác do trực chính TBA thực hiện (có thông báo cho cấp điều độ có quyền điều khiển để nắm thông tin). + Đối với các thao tác do B26 lập, phê duyệt và chỉ huy trực tiếp: Giao/nhận thiết bị qua trực ban các đơn vị QLVH thiết bị như trực ca TBA 110kV, trực ban các tổ trực vận hành các Điện lực… để bàn giao/tiếp nhận với đơn vị công tác. 1.1.4. Mô hình quản lý Đội quản lý vận hành lưới điện cao thế Bắc Kạn - Tổng số lao động: 28 ĐỘI TRƯỞNG (01) Kỹ sư vận hành (01) Kỹ sư an toàn (01) NV kinh tế (01) NV Lái xe (01) PHÓ ĐỘI TRƯỞNG (01) Tổ QLVH ĐZ 110kV (01TT và 07 CN)) Trạm 110kV Bắc Kạn E26.1 (01 TT và 06 trực HV) Trạm 110kV Chợ Đồn - E26.2 (01 TT và 06 trực VH) Hình 1.3. Mô hình quản lý Đội quản lý vận hành lưới điện cao thế Bắc Kạn. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 1.1.5. Mô hình quản lý Điện lực thành phố Bắc Kạn - Tổng số lao động: 99 người. GIÁM ĐỐC (01) PHÓ GIÁM ĐỐC PHỤ TRÁCH KT (01) Phòng Tổng hợp Phòng KHKTAT Phòng Kinh doanh PHÓ GIÁM ĐỐC PHỤ TRÁCH KD (01) Tổ trực vận hành Tổ kiểm tra giám sát mua bán điện 03 đội sản xuất Hình 1.4. Mô hình quản lý Điện lực thành phố Bắc Kạn. 1.1.6. Mô hình quản lý các Điện lực còn lại GIÁM ĐỐC (01) PHÓ GIÁM ĐỐC PHỤ TRÁCH KT (01) Phòng KHKTAT Phòng kinh doanh tổng hợp Tổ trực vận hành Tổ kiểm tra giám sát mua bán điện 01 đội sản xuất Hình 1.5. Mô hình quản lý các Điện lực còn lại. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn