Tài liệu Nghiên cứu các giải pháp giảm tổn thất điện năng lưới điện phân phối thành phố cam ranh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG HOÀNG NGỌC TÚ NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP GIẢM TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THÀNH PHỐ CAM RANH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG HOÀNG NGỌC TÚ NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP GIẢM TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THÀNH PHỐ CAM RANH Chuyên ngành : Kỹ thuật điện Mã số : 60 52 02 02 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: TS. TRẦN VINH TỊNH Đà Nẵng - Năm 2017 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 Hoàng Ngọc Tú TRANG TÓM TẮT TIẾNG ANH NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP GIẢM TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THÀNH PHỐ CAM RANH Học viên: Hoàng Ngọc Tú Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 60.52.02.02 Trường Đại học Bách Khoa - ĐHĐN Khóa: K33NT Tóm tắt - Theo dự thảo Quy hoạch điện VII, dự báo nhu cầu điện toàn quốc sẽ tăng bình quân khoảng 11,5%/năm trong giai đoạn 2016 – 2020 và khoảng 7,4% đến 8,4%/năm trong giai đoạn 2021 – 2030. Để đáp ứng đủ nhu cầu năng lượng theo yêu cầu ngoài việc phát triển nguồn, lưới phải thực hiện tiết kiệm và sử dụng năng lượng hiệu quả. Công ty CP Điê ̣n lực Khánh Hòa (KHPC) là đơn vi ̣ phân phố i điê ̣n đầ u tiên trong cả nước chuyển sang hoa ̣t đô ̣ng theo mô hiǹ h công ty cổ phầ n. Do vậy, bài toán lớn đối với Công ty là vấn đề lợi nhuận gói gọn từ khâu mua điện đến bán điện, trong đó vấn đề giảm tổn thất điện năng là hết sức quan trọng. Từ các lý do trên, tác giả đề xuất đề tài nghiên cứu các giải pháp giảm tổn thất điện năng lưới điê ̣n phân phối Thành phố Cam Ranh nhằm làm giảm chi phí sản xuất, tăng lợi nhuận trong việc kinh doanh điện năng của Công ty CP Điện lực Khánh Hòa. Luận văn này sử dụng phần mềm PSS/ADEPT để mô phỏng, tiń h toán đánh giá tổn thất điện năng cho các phương án vâ ̣n hành. Từ khóa - tổn thất điện năng; tổn thất công suất; lưới điện phân phối; PSS/ADEPT RESEARCH OF APPROACHES TO REDUCE THE ENERGY LOSS OF POWER DISTRIBUTION GRID-LINE OF CAM RANH CITY Abstract - According to the draft of "Electricity Plan VII", national demand for electricity will increase by 11.5% annually in the period of 2016 - 2020 and from 7.4% to 8.4% annually in period of 2021 - 2030. In order to supply the energy demand, besides maintaining sustainability and stability of grid-line, we need to use energy in efficient and economical way. KhanhHoa Power Company (KHPC) is the first electricity distribution company in Vietnam to operate as a joint stock company. Therefore, the big difficulty is gaining profit by trading electricity, in which the solution of reducing energy loss is very importantkeypoint. With all of following concerns, the thesis presents the approach to reduce energy loss of power distribution grid-line of Cam Ranhcity in purpose of minimizing production costs and maximizing company profit. All models are simulated in PSS/ADEPT software to calculate and estimate the energy loss for specific operations. Keywords - energy loss; power loss; grid distribution; PSS/ADEPT. MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC 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 của luận văn ....................................................................................................3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TTCS & TTĐN TRONG LĐPP ...........................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 ......................................................................................................11 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 ..........................12 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 tin ́ h toán............................................13 1.5.3. Phầ n mề m PSS/ADEPT .................................................................................15 1.6. Các phương pháp tính toán TTĐN trong LĐPP ...................................................16 1.6.1. Phương pháp dòng điện trung bình biǹ h phương...........................................17 1.6.2. Phương pháp thời gian tổ n thấ t ......................................................................18 1.6.3. Phương pháp đường cong tổ n thấ t .................................................................18 1.6.4. Phương pháp tính toán TTĐN theo quy định của EVN .................................20 1.7. Kết luận chương 1 .................................................................................................20 CHƯƠNG 2: CÁC GIẢI PHÁP GIẢM TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG.......................22 2.1. Cải ta ̣o lưới điê ̣n đang vâ ̣n hành ...........................................................................22 2.1.1. Phát triể n tru ̣c hê ̣ thố ng truyề n tải, thống nhất các cấp điện áp .....................22 2.1.2. Xây dựng các nhà máy và các tra ̣m biến áp ở các trung tâm phu ̣ tải .............22 2.1.3. Nâng cấp các đường dây LĐPP và biế n đổ i hê ̣ thố ng phân phố i mô ̣t pha thành ba pha ………. .....................................................................................................22 2.1.4. Nâng cao hệ số công suất cosφ đường dây ...................................................23 2.1.5. Giảm tổ n thấ t trong các máy biế n áp phân phố i ............................................30 2.2. Cải thiê ̣n về điề u kiê ̣n vận hành ............................................................................30 2.2.1. Giảm tổ n thấ t thông qua điề u đô ̣ kinh tế trong hê ̣ thố ng................................30 2.2.2. Cung cấ p trực tiế p bằ ng điê ̣n áp cao trên các phu ̣ tải.....................................30 2.2.3. Giảm tổ n thấ t thông qua cải thiê ̣n hê ̣ số phu ̣ tải .............................................31 2.3. Giảm tổ n thấ t thương ma ̣i .....................................................................................31 2.4. Kết luận chương 2 .................................................................................................32 CHƯƠNG 3: HIỆN TRẠNG CÔNG TÁC QUẢN LÝ VẬN HÀNH, QUẢN LÝ KINH DOANH ĐIỆN NĂNG LĐPP CAM RANH ..................................................33 3.1. Đặc điểm tự nhiên thành phố Cam Ranh ..............................................................33 3.1.1. Vị trí địa lý – kinh tế ......................................................................................33 3.1.2. Điều kiện tự nhiên ..........................................................................................33 3.2. Giới thiệu về Điện lực Cam Ranh – Khánh Sơn ..................................................34 3.2.1. Lịch sử hình thành và phát triển .....................................................................34 3.2.2. Chức năng nhiệm vụ và tổ chức bộ máy của Điện lực ..................................34 3.2.2.1. Chức năng nhiệm vụ ..................................................................................34 3.2.2.2. Tổ chức bộ máy của Điện lực ....................................................................34 3.2.3. Khối lượng quản lý vận hành hệ thống điện ..................................................35 3.3. Tình hình tiêu thụ điện ..........................................................................................37 3.4. Tình hình thực hiện nhiệm vụ sản xuất kinh doanh..............................................38 3.4.1. Tình hình thực hiện các chỉ tiêu SXKD các năm 2014, 2015 và 2016 ..........38 3.4.2. Tình hình thực hiện TTĐN.............................................................................38 3.4.2.1. Khái niệm và cách tính tổn thất báo cáo (tổn thất hình bình hành) ...........38 3.4.2.2. Khái niệm chương trình hiệu suất khu vực (tổn thất hình chữ nhật) ........39 3.4.2.3. Phân tích TTĐN các năm 2014, 2015 và 2016 ..........................................41 3.5. Tính toán TTĐN hiện trạng LĐPP Cam Ranh bằng phần mềm PSS/ADEPT .....41 3.5.1. Cơ sở dữ liê ̣u phu ̣c vu ̣ tính toán .....................................................................41 3.5.2. Tính toán TTĐN trung áp ..............................................................................44 3.5.2.1. Sơ đồ lưới điện tính toán............................................................................44 3.5.2.2. Tính toán TTCS, TTĐN.............................................................................44 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) ..............................................................................50 3.6. Kết luận chương 3 .................................................................................................51 CHƯƠNG 4: ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP GIẢM TTĐN LĐPP CAM RANH ............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 ..........................................................56 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. Phân tích lựa chọn phương án kết lưới ......................................................66 4.2.2.5. Tiń h toán phương án vâ ̣n hành dựa trên kế t quả TOPO ............................66 4.3. Tính toán hiệu quả sau khi áp dụng các giải pháp ................................................67 4.3.1. Tính lượng tổn thất điện năng giảm hàng năm ..............................................67 4.3.1.1. Giải pháp bù hạ áp .....................................................................................67 4.3.1.2. Giải pháp kết lưới trung áp tối ưu ..............................................................67 4.3.2. Giá trị làm lợi hàng năm ................................................................................67 4.4. Kết luận chương 4 .................................................................................................68 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................................... 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................... 71 PHỤ LỤC .................................................................................................................... 73 QUYẾT ĐINH GIAO ĐỀ TÀ I (bản sao) ̣ BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC PHẢN BIỆN (bản sao). DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU - CB – CNV: Cán bộ công nhân viên. - CD: Cầu dao. - DSM – Demand Side Management: Quản lý nhu cầu sử dụng điện năng. - EVN: Tập đoàn Điện lực Việt Nam. - E28: Trạm biến áp 110kV Mỹ Ca - Cam Ranh - 2x25MVA. - E. Nam Cam Ranh: Trạm biến áp 110kV Nam Cam Ranh - 16MVA. - F9: Trạm biến áp trung gian 35kV Ba Ngòi - 2x6.300kVA. - HTĐ: Hệ thống điện. - HTCCĐ: Hệ thống cung cấ p điê ̣n. - HSKV: Hiệu suất khu vực. - KHPC: Công ty cổ phần Điện lực Khánh Hòa. - KTNL: Kiểm toán năng lượng. - KDDV: Kinh doanh dịch vụ. - LĐPP: Lưới điện phân phối. - MBA: Máy biến áp. - PA : Phương án - QLVH: Quản lý vận hành. - QLKD: Quản lý kinh doanh. - SXKD: Sản xuất kinh doanh. - TOPO – Tie Open Point Optimization: Xác định điểm dừng tối ưu. - 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. DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu bảng Tên bảng Trang 2.1 Tủ tụ bù hạ áp 30 3.1 Tổng hợp khối lượng LĐPP quản lý 35 3.2 Thông số kỹ thuật trạm nguồn cấp điện Cam Ranh 36 3.3 Phân loại các TBA phân phối TP Cam Ranh 36 3.4 Cơ cấu điện năng theo 5 thành phần kinh tế thành phố Cam Ranh 2016 37 3.5 Các chỉ tiêu SXKD thực hiện năm 2014, 2015 và 2016 38 3.6 Mô tả phương pháp tính TTĐN hình chữ nhật 40 3.7 TTĐN các năm 2014, 2015 và 2016 theo phương pháp hình bình hành 41 3.8 TTĐN các năm 2014, 2015 và 2016 theo phương pháp hình chữ nhật 41 3.9 Tính toán Tmax và  cho các xuất tuyến trung áp 45 3.10 Kết quả mô phỏng ΔP theo P 47 3.11 Tính toán điện năng tiêu thụ và tổn thất điện năng trong ngày điển hình của XT 473-E28 48 3.12 TTCS & TTĐN lưới hiện tại 49 3.13 Tổn thất điện năng trung áp theo HSKV năm 2016 50 3.14 So sánh TTĐN trung áp năm 2016 51 4.1 Tổng hợp dung lượng bù và vốn đầu tư 58 4.2 Tổng hợp các chỉ tiêu của giải pháp lắp bù hạ áp 59 4.3 TTĐN theo kết lưới 35-22kV hiện tại 61 4.4 TTĐN theo kết lưới 35 - 22kV theo phương án 1 (giữ nguyên F9 vận hành 2 MBA) 62 4.5 TTĐN theo kết lưới 22kV theo PA 2 65 4.6 Tổng hợp các chỉ tiêu của các PA 66 DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu hình Tên hình Trang 1.1 Sơ đồ hệ thống phân phối hình tia 5 1.2 Sơ đồ hệ thống phân phối mạch vòng 5 1.3 Sơ đồ thay thế đơn giản của đường dây 9 1.4 Sơ đồ thay thế đơn giản của đường dây với 1 phụ tải 9 1.5 Sơ đồ thay thế đơn giản của máy biến áp 10 1.6 Sơ đồ thuật toán của phương pháp Newton 14 1.7 Đồ thị phụ tải 16 1.8 Xây dựng biể u đồ TTCS và xác đinh ̣ TTĐN bằng đường cong tổ n thấ t 20 3.1 Đồ thị phụ tải điển hình LĐPP thành phố Cam Ranh 44 3.2 Đồ thị phụ tải ngày điển hình của XT 473-E28 46 3.3 Đường cong tổn thất của XT 473-E28 47 3.4 Đồ thị tổn thất công suất trong ngày điển hình của XT 473-E28 48 4.1 Biểu đồ vectơ điều chỉnh hệ số công suất 58 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Trong những năm vừa qua, cùng với tốc độ tăng trưởng GDP trung bình hàng năm đạt khoảng 7,5%, nhu cầu năng lượng tiếp tục tăng với tốc độ trung bình là 15%. Theo dự thảo Quy hoạch điện VII, dự báo nhu cầu điện toàn quốc sẽ tăng bình quân khoảng 11,5%/năm trong giai đoạn 2016 – 2020 và khoảng 7,4% đến 8,4%/năm trong giai đoạn 2021 – 2030. Để đáp ứng đủ nhu cầu năng lượng theo yêu cầu ngoài việc phát triển nguồn, lưới phải thực hiện tiết kiệm và sử dụng năng lượng hiệu quả. Điều này cũng đã được Chính phủ thể chế hoá trong Luật điện lực ban hành tháng 6 năm 2005 và mới đây Quốc hội thông qua Luật “Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả”, chính thức có hiệu lực từ ngày 01/01/2011. Trong đó ngành điện phải tập trung nghiên cứu các giải pháp tiết kiệm điện năng trong ngành mình thông qua công tác giảm TTĐN trong tất cả các khâu: Sản xuất, truyền tải và phân phối. Công ty CP Điê ̣n lực Khánh Hòa (KHPC) là đơn vi ̣phân phố i điê ̣n đầ u tiên trong cả nước chuyển sang hoa ̣t đô ̣ng theo mô hiǹ h công ty cổ phầ n. Do vậy, bài toán lớn đối với Công ty là vấn đề lợi nhuận gói gọn từ khâu mua điện đến bán điện, tập trung vào các vần đề: giảm chi phí sản xuất (giảm tổn thất điện năng), giảm giá mua điện (triển khai áp dụng DSM, tính toán phương thức nhận nguồn hợp lý), nâng cao giá bán điện bình quân (tăng cường áp giá)…trong đó vấn đề giảm tổn thất điện năng là hết sức quan trọng. Cùng với tốc độ tăng trưởng điện năng cao trong cả nước, tốc độ tăng trưởng điện năng tỉnh Khánh Hoà luôn ở mức cao. Để đáp ứng tốc độ tăng trưởng trên, hàng năm, Công ty cổ phần Điện lực Khánh Hòa đã tập trung nguồn vốn lớn để thực hiện công tác đầu tư xây dựng mới, cải tạo nâng cao năng lực cấp điện của LĐPP hiện có. Từ thực tế trên, trong công tác quản lý vận hành LĐPP, vấn đề tính toán, phân tích các biện pháp tổ chức, các biện pháp kỹ thuật nhằm giảm A luôn có ý nghĩa rất quan trọng. Xuất phát từ các lý do nêu trên, đề tài “Nghiên cứu các giải pháp giảm tổn thất điện năng lưới điê ̣n phân phối Thành phố Cam Ranh” được đề xuất nghiên cứu. Đây cũng là một vấn đề thường xuyên được các cán bộ quản lý, kỹ sư tại các Điện lực trực thuộc Công ty cổ phần Điện lực Khánh Hòa quan tâm nghiên cứu. 2 2. Mục đích nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là phải chỉ ra được các vấn đề sau: - Phân tích ưu nhược điểm của các phương pháp tính toán tổn thất điện năng trên lưới phân phối. Chọn phương pháp tính thích hợp để áp dụng tính toán đối với lưới điện phân phối TP Cam Ranh – Tỉnh Khánh Hòa. - Thu thập cơ sở dữ liệu về nguồn và phụ tải lưới phân phối các khu vực thuộc phạm vi nghiên cứu để xây dựng đồ thị phụ tải điển hình đă ̣c trưng cho lưới phân phố i TP Cam Ranh. - Sử dụng phần mềm PSS/ADEPT tin ́ h toán đánh giá tổn thất điện năng cho phương án vâ ̣n hành hiê ̣n ta ̣i. So sánh, phân tích, nhận xét kết quả tính toán với kết quả tính toán tổn thất điện năng báo cáo hiện đang áp dụng. - Nghiên cứu các giải pháp giảm tổn thất điện năng trong công tác quản lý vận hành lưới điện phân phối. Đề xuất các giải pháp giảm tổn thất điện năng trên lưới điện phân phối TP Cam Ranh. Tính toán hiệu quả đầu tư sau khi thực hiện các giải pháp nhằm kiến nghị lộ trình đầu tư hàng năm phục vụ mục đích tối ưu hóa lợi nhận trong hoạt động kinh doanh điện năng tại Công ty cổ phần Điện lực Khánh Hòa. 3. Đối tượng và phạm vi ngiên cứu Đối tượng nghiên cứu của đề tài là các phương pháp tính toán tổn thất công suất, tổn thất điện năng trên lưới phân phối và các giải pháp giảm tổn thất điện năng trong công tác quản lý vận hành lưới điện phân phối. Áp dụng đối tượng nghiên cứu trên cho một lưới điện cụ thể là lưới điện phân phối khu vực Thành Phố Cam Ranh. 4. Phương pháp nghiên cứu Sử dụng phương pháp nghiên cứu và thực nghiệm: - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu các tài liệu, sách báo, giáo trình,…viết 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 cung cấp điện điện. - Phương pháp thực nghiệm: Áp dụng các lý thuyết đã nghiên cứu, sử dụng phần mềm PSS/ADEPT để thao tác tính toán 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 phân phối hiện tại và lưới điện sau khi áp dụng các giải pháp giảm tổn thất điện năng. 3 5. Bố cục của luận văn Bố cục luận văn ngoài phần mở đầu và kết luận chung, nội dung của luận văn được biên chế thành 4 chương như sau: - Chương 1: Tổng quan về TTCS & TTĐN trong LĐPP. - Chương 2: Các giải pháp giảm tổn thất công suất, giảm tổn thất điện năng trên lưới phân phối. - Chương 3: Đánh giá hiện trạng công tác quản lý vận hành, quản lý kinh doanh điện năng trên LĐPP Cam Ranh. - Chương 4: Đề xuất các giải pháp giảm tổn thất điện năng trong công tác quản lý vận hành LĐPP Cam Ranh. 4 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TTCS & TTĐN TRONG LĐPP 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 thống nhất làm nhiệm vụ sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng. 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 phát triển không ngừng trong không gian, theo thời gian và để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của phụ tải, rất nhiều các nhà máy điện có công suất lớn được đầu tư xây dựng. Tuy nhiên vì lý do kinh tế và môi trường mà các nhà máy thường được xây dựng ở những nơi gần nguồn nguyên liệu hoặc việc chuyên chở nhiên liệu thuận lợi, ít tốn kém. Trong khi đó các trung tâm phụ tải lại ở xa, do vậy phải dùng lưới truyền tải để truyền tải điện năng đến các hộ 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 bằng 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, lỵ…) có bán kính cung cấp điện nhỏ, thường dưới 50km. 1.2. Đặc điểm lưới điện phân phối Do vai trò là cung cấp điện trực tiếp đến khách hàng của một địa phương nhỏ nên LĐPP thường có điện áp trung áp 6, 10, 15, 22, 35kV phân phối điện cho các trạm phân phối trung, hạ áp. 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, … 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 (Hình 1.1). 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, máy cắt hoặc các Recloser có thể tự đóng lập 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 hay các trạm biến áp nguồn. Máy cắt và dao cách ly liên lạc được mở trong khi làm việc để vận hành hở. 5 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 tuyến đều có 2 máy cắt đặt ở hai đầu. Các trạm biến áp phân phối được đấu liên thông và mỗi máy biến áp đều có 2 dao cách ly đặt ở hai phía. Máy biến áp được cấp điện từ phía nào cũng được. Sơ đồ mạch vòng dạng này thường được áp dụng cho lưới điện phân phối dùng cáp trung thế. 6 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). Tuy nhiên 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. 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 cực tiểu hóa tổn thất công suất, 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/EMS, 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 các sơ đồ tối ưu bằng các thiết bị điều khiển từ xa. Trong trường hợp không có các thiết bị điều khiển và đo lường 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 khoảng thời gian trong đó phụ tải gần giống nhau (thường là trong từng mùa do điều kiện khí hậu các ngày giống nhau), sau đó thao tác các thiết bị phân đoạn để thực hiện [1]. 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 tiêu hao điện năng tất yếu xảy ra trong quá trình truyền tải và phân phối điện. 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. Tổn thất kỹ thuật trên lưới điện bao gồm TTCS tác dụng và TTCS phản kháng. TTCS phản kháng do từ thông rò, gây từ trong các máy biến áp và cảm kháng trên 7 đường dây. TTCS phản kháng chỉ làm lệch góc và ít ảnh hưởng đến TTĐN. TTCS tác dụng có ảnh hưởng đáng kể đến TTĐN. Tổn thất kỹ thuâ ̣t có các nguyên nhân chủ yếu như sau: - 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 triǹ 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 trên 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, 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 vi tri ̣ ́ và dung lươ ̣ng bù không hơ ̣p lý. - Tiń h 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 tin ́ h, 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. 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. - 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. 8 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 bản thân các công ty điện lực, trong đó có phương tiện máy móc, máy tính, phần mềm quản lý. 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 tải có thể quá lớn hay quá nhỏ hoă ̣c không đa ̣t cấ p chin ́ h 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 khâu quản lý: TU mấ t pha, TI, công tơ hỏng chưa kip̣ xử lý, thay thế kịp thời, 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, … - Không thanh toán hoặc chậm thanh toán hóa đơn tiền điện. - Sai sót thống kê phân loại và tính hóa đơn khách hàng. - Sai sót trong khâu tiń h 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 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: - Công thức kinh điển:  = (0.124 + Tmax.10-4)2.8760 (1.2) - Công thức Kenzevits:   2Tmax  8760  8760  Tmax T 2P 1  max  min 8760 Pmax  P  1  min   Pmax  (1.3) 9 - Công thức Valander: 2  Tm ax   Tm ax     8760 . 0,13 .    0,87 .   8760   8760    (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 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 mạng, 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, ta 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 tỏa nhiệt và quá trình biến đổi điện từ gây nên. 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 qua sứ, tổn thất vầng quang vì các đại lượng này rất bé. Sơ đồ đơn giản của một đoạn đường dây là tổng trở Z như Hin ̀ h 1.3. Ta xét trường hợp đơn giản đường dây với một phụ tải như Hình 1.4. I1 Z12 I2 1 2 V1 V2 Hình 1.3. Sơ đồ thay thế đơn giản của đường dây Z12 S1=P1-jQ1 S2= P2- jQ2 Hình 1.4. Sơ đồ thay thế đơn giản của đường dây với 1 phụ tải 10 Từ sơ đồ này 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: S = P - jQ = (S22/U22)R -j(S22/U22) X P = (P22+ Q22)R/U22 ; Q =(P22+ Q22)X/U22 (1.7) Từ các biểu thức trên ta thấy TTCS phụ thuộc vào số liệu đầu hay số liệu 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 như Hiǹ h 1.5. Trên sơ đồ này, tất cả các đại lượng trên đã được qui đổi sang phía 1. 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 các 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 máy biến áp 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 Trong đó:  I0 là dòng điện không tải tính theo phần trăm.  P0 , Q0 là tổn thất công suất tác dụng và phản kháng khi không tải. Thành phần tổn thất phụ thuộc vào công suất tải qua máy biến áp hay thường gọi là tổn thất đồng, có thể xác định tổn thất đồng trong máy biến áp hai cuộn dây theo công thức: