Tài liệu Nghiên cứu lựu chọn cấu trúc tối ưu lưới điện phân phối phía nam thành phố nha trang

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LÊ HÀNG HẢI NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN CẤU TRÚC TỐI ƯU LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI PHÍA NAM THÀNH PHỐ NHA TRANG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2017 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LÊ HÀNG HẢI NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN CẤU TRÚC TỐI ƯU LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI PHÍA NAM THÀNH PHỐ NHA TRANG Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 60 52 02 02 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: TS. TRẦN TẤN VINH Đà Nẵng - Năm 2017 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả luận văn LÊ HÀNG HẢI ii TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN NGHIÊN LỰA CHỌN CẤU TRÚC TỐI ƯU LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI PHÍA NAM THÀNH PHỐ NHA TRANG Học viên : Lê Hàng Hải Mã số: 60520202 Khóa: K33 Chuyên ngành : Kỹ thuật điện Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN Tóm tắt – Công ty Cổ phần Điện lực Khánh Hòa đang triển khai việc đầu tư xây dựng trạm biến áp 110kV Trung tâm Nha Trang. Vì vậy, cần nghiên cứu giải pháp kết nối trạm biến áp này với lưới điện địa phương nhằm khai thác hiệu quả trạm mới. Tác giả đã nghiên cứu tình hình phát triển phụ tải, các chỉ tiêu độ tin cây và hiện trạng lưới điện phân phối khu vực phía nam thành phố Nha Trang và dự án xây dựng trạm 110kV Trung tâm Nha Trang để đề xuất các phương án kết nối phía phân phối khả thi. Các thông số của lưới điện được thu thập và nhập vào chương trình PSS/ADEPT và MATLAB để phục vụ việc tính toán. Từ việc tính toán và so sánh tổn thất điện năng các phương án sẽ lựa chọn được phương án kết nối phù hợp có tổn thất điện năng nhỏ nhất. Sau đó, tác giả tiếp tục đi sâu vào tính toán tối ưu hoá cấu trúc lưới điện theo hướng lựa chọn điểm mở tối ưu, vận hành hợp lý hệ thống tụ bù trên lưới cũng như tính toán hiệu quả của việc nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho khách hàng. Từ khóa – Công ty Cổ phần Điện lực Khánh Hòa; độ tin cậy; Nha Trang; cấu trúc; đấu nối. RESEARCHING ON BUILDING SCADA SYSTEM FOR SWITCHGEAR ON MEDIUM VOLTAGE GRID IN KHANH HOA POWER JOINT STOCK COMPANY Abstract - Khanh Hoa Power Joint Stock Company is constructing a 110kV substation in center of Nha Trang. Therefore, it is necessary to study the solution of connecting this substation with the local distribution power network to efficiently exploit the new station. The author has studied the development of additional load, reliability and distribution power network in the southern part of Nha Trang city and the 110kV substation construction project in center of Nha Trang to propose alternatives. The parameters of the grid are collected and entered into the PSS / ADEPT and MATLAB programs for calculations. From calculating and comparing power losses, alternatives will choose the right connection option for the lowest power loss. Then, the author further optimizes the optimization of the mesh structure in the direction of selecting the optimum opening point, rationalizing the operation of the grid capacitors as well as calculating the efficiency of increasing the reliability. Key words - Khanh Hoa Power Joint Stock Company; center of Nha Trang; power loss; distribution; network. iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ...........................................................................................................i TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN ................................................................................ ii MỤC LỤC .................................................................................................................... iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU .................................................vi DANH MỤC CÁC BẢNG.......................................................................................... vii DANH MỤC CÁC HÌNH ........................................................................................ ixix MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1 1. Lý do chọn đề tài .................................................................................................1 2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .......................................................................1 3. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu .......................................................................2 4. Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn ......................................................................2 5. Tên đề tài .............................................................................................................2 6. Phương pháp nghiên cứu .....................................................................................2 7. Cấu trúc của luận văn ..........................................................................................3 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THÀNH PHỐ NHA TRANG ................................................................................................................4 1.1. ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN – XÃ HỘI THÀNH PHỐ NHA TRANG....................4 1.1.1. Đặc điểm tự nhiên và dân số của thành phố Nha Trang................................4 1.1.2. Đặc điểm tốc độ tăng trưởng kinh tế, thành phần kinh tế của tỉnh Khánh Hòa ...............................................................................................................4 1.2. ĐẶC ĐIỂM LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI PHÍA NAM THÀNH PHỐ NHA TRANG .............................................................................................................5 1.2.1. Hiện trạng các nguồn điện .............................................................................5 1.2.2. Hiện trạng lưới điện .......................................................................................6 1.2.3. Đặc điểm phụ tải và tăng trưởng phụ tải. ......................................................8 1.3. TÌNH HÌNH MANG TẢI LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI PHÍA NAM THÀNH PHỐ NHA TRANG ....................................................................................................8 1.3.1. Tình hình mang tải các nguồn điện ...............................................................8 1.3.2. Tình hình mang tải các xuất tuyến phân phối. ..............................................9 1.4. CÁC CHỈ TIÊU ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN TẠI THÀNH PHỐ NHA TRANG .....................................................................................................................10 1.4.1. Kết quả thực hiện các chỉ tiêu độ tin cậy cung cấp điện năm 2016 của Điện lực Trung tâm Nha Trang và Vĩnh Nguyên...........................................................10 1.4.2. Các chỉ tiêu về độ tin cậy cung cấp điện năm 2017 của Điện lực Trung tâm Nha Trang và Vĩnh Nguyên ..................................................................................10 1.5. DỰ ÁN TRẠM 110KV TRUNG TÂM NHA TRANG ....................................11 1.5.1. Vị trí quy hoạch xây dựng ...........................................................................11 iv 1.5.2. Quy mô dự án. .............................................................................................11 1.5.3. Tiến độ dự kiến. ...........................................................................................11 1.6 KẾT LUẬN .........................................................................................................12 CHƯƠNG 2. CÁC TIÊU CHÍ LỰA CHỌN PHƯƠNG THỨC KẾT LƯỚI ........13 2.1. TỔN THẤT CÔNG SUẤT VÀ TỔN THẤT ĐIỆN NĂNG TRONG MẠNG ĐIỆN PHÂN PHỐI ...................................................................................................13 2.1.1. Ý nghĩa của vấn đề tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong hệ thống cung cấp điện .........................................................................................................13 2.1.2. Nguyên tắc phân tích tổn thất. .....................................................................14 2.1.3. Sự phân tán, công suất dự trữ và tổn thất trên tổn thất ................................15 2.1.4. Tính kinh tế của việc giảm tổn thất .............................................................16 2.2. TỔN THẤT ĐIỆN ÁP TRONG MẠNG ĐIỆN PHÂN PHỐI ..........................18 2.2.1. Ý nghĩa của vấn đề tổn thất điện áp trong hệ thống cung cấp điện phân phối. .......................................................................................................................18 2.2.2. Các phương pháp tính tổn thất điện áp trong lưới điện phân phối. .............18 2.2.3. Giới hạn điện áp vận hành và điện áp cung cấp cho khách hàng. ...............21 2.3. ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN PHÂN PHỐI ...............................................22 2.3.1. Khái niệm chung về về độ tin cậy cung cấp điện ........................................22 2.3.2. Các chỉ số về độ tin cậy cung cấp điện........................................................22 2.3.3. Các phương pháp đánh giá độ tin cậy .........................................................25 2.4. TÍNH TOÁN KINH TẾ MẠNG ĐIỆN PHÂN PHỐI .......................................32 2.4.1. Sự phát triển kinh tế của hệ thống điện phân phối ......................................32 2.4.2. Suất chi phí cố định hàng năm. ...................................................................33 2.4.3. Chi phí đầu tư ..............................................................................................33 2.4.4. Chi phí vận hành. .........................................................................................34 2.4.5. Hàm mục tiêu trong so sánh phương án. .....................................................35 CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN PHÂN TÍCH LƯỚI ĐIỆN HIỆN TRẠNG VÀ ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN KẾT LƯỚI PHÂN PHỐI PHÍA NAM THÀNH PHỐ NHA TRANG CÓ XÉT ĐẾN TRẠM ETT .........................................................................36 3.1. PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN .........................................................................36 3.2. TÍNH TOÁN PHÂN TÍCH HIỆU QUẢ VẬN HÀNH LƯỚI ĐIỆN HIỆN TRẠNG .....................................................................................................................38 3.2.1. Thông số đầu vào.........................................................................................38 3.2.2. Kết quả tính toán các chế độ vận hành ........................................................44 3.2.3. Độ tin cậy cung cấp điện hiện trạng ............................................................47 3.2.4. Các tồn tại của điện hiện trạng ....................................................................50 3.3. CÁC PHƯƠNG ÁN KẾT LƯỚI KHẢ THI ......................................................51 3.4. SO SÁNH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN KẾT LƯỚI TỐI ƯU ..........................60 3.5. KẾT LUẬN ........................................................................................................64 v CHƯƠNG 4. TÍNH TOÁN TỐI ƯU HÓA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI PHÍA NAM THÀNH PHỐ NHA TRANG .....................................................................................65 4.1. LỰA CHỌN ĐIỂM MỞ CÁC MẠCH VÒNG TRONG MẠNG ĐIỆN PHÂN PHỐI..........................................................................................................................65 4.2. VẬN HÀNH HỢP LÝ TỤ BÙ TRONG MẠNG ĐIỆN PHÂN PHỐI .............66 4.3. ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN TRONG VẬN HÀNH LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI ...................................................71 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .....................................................................................74 TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................76 PHỤ LỤC QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO) BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC PHẢN BIỆN. vi DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU - SAIDI _ System Average Interuption Duration Index: Thời gian ngừng cung cấp điện trung bình của hệ thống. SAIFI _ System Average Interuption Frequency Index: Tần suất trung bình ngừng cung cấp điện của hệ thống. CAIDI _ Customer Average Interuption Duration Index: Thời gian ngừng cung cấp điện trung bình cho phụ tải. CAIFI _ Customer Average Interuption Frequency Index: Tần suất trung bình ngừng cung cấp điện cho phụ tải. TOPO _ Tie Open Point Optimization: Xác định điểm dừng tối ưu. CAPO _ Optimal Capacitor Placement: Tối ưu vị trí lắp đặt tụ bù. E27: Trạm biến áp 110kV Mã Vòng 110/35/22kV - 2*63MVA EBT: Trạm biến áp 110kV Bình Tân 110/22kV - 40MVA. ETT: Trạm biến áp 110kV Trung tâm Nha Trang 110/22kV-2*63MVA. LBS _ Load Break Switch: Dao cắt có tải. REC: Recloser MC: Máy cắt. CD: Dao cách ly. LPP: Lưới phân phối. ΔA: Tổn thất điện năng. ΔP: Tổn thất công suất tác dụng. ΔQ: Tổn thất công suất phản kháng. GDP: Tổng sản phẩm nội địa. GRDP: Tổng sản phẩm trên địa bàn. WB: Ngân hàng thế giới. ADB: Ngân hàng phát triển châu Á. KDL: Khu du lịch. KCN: Khu công nghiệp. MBA: Máy biến áp. Amđ : Sản lượng điện không cung cấp được. TĐK : Thí nghiệm định kỳ. vii DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu Tên bảng Trang Sản lượng và tổn thất của ĐL Trung tâm Nha Trang và Vĩnh Nguyên năm 2015 và 2016 1.2. Hiện trạng mang tải của các xuất tuyến 1.3. Chỉ số độ tin cậy năm 2016 1.4. Chỉ tiêu độ tin cậy năm 2017 1.5. Chỉ tiêu độ tin cậy giai đoạn 2018 đến 2020 2.1. Tỷ lệ tổn thất các phần tử 3.1. Thời gian và tỷ trọng các Snapshot 3.2. Snapshot relative duration của phụ tải CC 3.3. Snapshot relative duration của phụ tải HC 3.4. Snapshot relative duration của phụ tải DV 3.5. Snapshot relative duration của phụ tải CN 3.6. Thông số lưới phân phối trạm E27 3.7. Thông số lưới phân phối trạm EBT 3.8. Tổn thất điện áp các xuất tuyến 3.9. Thông số ĐTC do bảo trì, bảo dưỡng 3.10. Thông số ĐTC do sự cố 9 10 10 10 14 42 43 43 44 44 44 45 46 47 47 3.11. Kết quả tính toán các chỉ tiêu độ tin cậy lưới điện hiện trạng Hiện trạng mang tải các xuất tuyến So sánh tình trạng mang tải trước và sau phương án 1 Điện áp cực tiểu các xuất tuyến trước và sau phương án 1 48 Điện áp cực tiểu các xuất tuyến trạm ETT của phương án 1 So sánh tình trạng mang tải trước và sau phương án 2 Điện áp cực tiểu các xuất tuyến trước và sau phương án 2 55 Điện áp cực tiểu các xuất tuyến trạm ETT của phương án 2 So sánh tình trạng mang tải trước và sau phương án 3 Điện áp cực tiểu các xuất tuyến trước và sau phương án 3 57 Điện áp cực tiểu các xuất tuyến trạm ETT của phương án 3 Kết quả tính toán tổn thất điện năng của phương án 1: 59 1.1. 3.12. 3.13. 3.14. 3.15. 3.16. 3.17. 3.18. 3.19. 3.20. 3.21. 3.22. 6 51 54 54 56 56 58 59 60 viii Số hiệu 3.23. 3.24. 4.1. 4.2. 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 Tên bảng Trang Kết quả tính toán tổn thất điện năng của phương án 2: Kết quả tính toán tổn thất điện năng của phương án 3 Kết quả tính toán tổn thất điện năng sau khi tối ưu hoá điểm mở Công suất tác dụng và phản kháng qua các máy cắt đầu xuất tuyến số công suất tại các máy cắt đầu xuất tuyến Hiện trạng các giàn tụ bù trên lưới điện và phương án vận hành tối ưu Kết quả tính toán tổn thất điện năng sau khi tối ưu việc vận hành các tụ bù Độ tin cậy tuyến 477-EBT trước và sau tái cấu trúc Độ tin cậy tuyến 479-EBT trước và sau tái cấu trúc Độ tin cậy tuyến 478-E27 trước và sau tái cấu trúc Độ tin cậy tuyến 477-E27 trước và sau tái cấu trúc 61 62 65 66 67 68 69 70 70 71 71 ix DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu hình Tên hình . Trang 2.1. Véctơ tổn thất U và thành phần thực U 19 2.2. Sơ đồ nguyên lý và sơ đồ thay thế đường dây 1 phụ tải Sơ đồ nguyên lý và thay thế đường dây liên thông cấp điện cho 3 phụ tải Đường dây phân nhánh Sơ đồ tính toán độ tin cậy của sơ đồ nối tiếp Sơ đồ tính toán độ tin cậy của sơ đồ song song Sơ đồ tính toán độ tin cậy theo phương pháp đường tối thiểu Sơ đồ tính toán độ tin cậy theo phương pháp lát cắt tối thiểu Mô hình hai trạng thái (a) và 3 trạng thái (b) của các phần tử Thuật toán tính độ tin cậy của HTĐ phân phối Giao diện chương trình tính toán ĐTC lưới điện phân phối a và b: lưới điện phân phối từ Trạm 110kV Nha Trang (E27) Lưới điện phân phối từ Trạm 110kV Bình Tân (EBT). Thông số ĐTC các phần tử 19 2.3. 2.4. 2.5. 2.6. 2.7. 2.8. 2.9. 2.10. 3.1. 3.2. 3.3. 3.4. 20 21 26 27 27 28 30 31 38 40 41 48 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Lưới điện phân phối khu vực trung tâm thành phố Nha Trang cơ bản đã được đầu tư xây dựng từ năm 1999. Tuy Công ty CP Điện lực Khánh Hòa liên tục đầu tư mở rộng lưới điện nhưng do các hạn chế về hành lang tuyến cũng như sự phát triển nhanh chóng của phụ tải thành phố Nha Trang, mật độ dòng điện trên một số xuất tuyến đã vượt quá mật độ dòng kinh tế nên tỷ lệ tổn thất trên lưới phân phối ngày một tăng. Trên lưới điện đã xuất hiện nhiều phần tử quá tải, ảnh hưởng đến năng lực cấp điện cho khách hàng, đặc biệt là trong chế độ N-1. Từ năm 2015, định hướng chung của Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) và Tổng Công ty Điện lực Miền Trung (EVN CPC) là nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho khách hàng. Vì vậy các chỉ tiêu về độ tin cậy cung cấp điện là tiêu chí quan trọng hàng đầu trong công tác sản xuất của Công ty Cổ phần Điện lực Khánh Hòa. Để cải thiện được các chỉ tiêu về độ tin cậy cung cấp điện, bên cạnh các giải pháp tổ chức thì chất lượng và năng lực cấp điện của lưới điện là yếu tố quyết định. Mặt khác, sân bay Nha Trang rộng 186,86 ha đã được UBND tỉnh Khánh Hòa quy hoạch thành Trung tâm Đô thị - Dịch vụ - Tài chính- Du lịch Nha Trang. Ngày 12/10/2016, UBND tỉnh Khánh Hòa đã có quyết định giao một phần đất tại sân bay Nha Trang cho Công ty CP tập đoàn Phúc Sơn để thực hiện dự án. Hiện nay, Công ty CP tập đoàn Phúc Sơn đang đẩy nhanh thực hiện dự án và đang thi công các công trình trọng điểm như đường giao thông vành đai và nút giao thông Ngọc Hồi. Theo quy hoạch chi tiết Trung tâm Đô thị - Dịch vụ - Tài chính- Du lịch Nha Trang đã được UBND tỉnh Khánh Hòa phê duyệt, ngành điện được quy hoạch một lô đất phục vụ việc xây dựng trạm điện 110kV cấp điện cho dự án và khu vực lân cận. Đảm bảo mục tiêu “điện đi trước một bước”, từ năm 2016 Công ty đã triển khai các bước chuẩn bị đầu tư xây dựng trạm 110kV Trung tâm Nha Trang (ETT) nhằm kịp thời đáp ứng nhu cầu của phụ tải. Vì vậy, việc lựa chọn phương án kết lưới hợp lý sau khi đóng điện trạm ETT theo hướng tối ưu hóa về mặt tổn thất đồng thời nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cũng như thuận lợi trong việc vận hành lưới điện phân phối khu vực phía nam thành phố Nha Trang cần phải được tính toán chi tiết và chính xác. Xuất phát từ các lý do nêu trên, đề tài “Nghiên cứu lựu chọn cấu trúc tối ưu lưới điện phân phối phía nam thành phố Nha Trang” được đề xuất nghiên cứu. Đây cũng là một vấn đề thường xuyên được các cán bộ kỹ sư, điều độ viên vận hành lưới điện phân phối quan tâm nghiên cứu. 2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu của đề tài là hiện trạng lưới điện phân phối phía nam thành phố Nha Trang và trạm ETT đang được đầu tư xây dựng; Các chế độ vận hành 2 hệ thống điện, các phương án xây dựng cải tạo lưới phân phối khu vực khi đưa vào vận hành trạm ETT mới xây dựng - Phạm vi nghiên cứu của đề tài là tập trung vào việc tính toán và đề xuất phương án kết lưới phù hợp cho lưới điện phân phối khu vực phía nam thành phố Nha Trang sau khi đưa trạm ETT vào vận hành. Đề xuất các giải pháp hợp lý hóa lưới điện nhằm cải thiện các các chỉ tiêu về tổn thất, độ tin cậy. 3. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu - Thu thập cơ sở dữ liệu về nguồn và phụ tải lưới điện phân phối thuộc phạm vi nghiên cứu để xây dựng được đồ thị phụ tải điển hình đặc trưng cho lưới phân phối thành phố Nha Trang. - Tính toán và đánh giá hiệu quả các chế độ vận hành lưới điện hiện tại. Phân tích nguyên nhân hạn chế. - Tính toán đề xuất phương án xây dựng, đấu nối và kết lưới phù hợp cho lưới điện phân phối sau trạm ETT trên các tiêu chí tổn thất điện năng, chất lượng điện áp, độ tin cậy cung cấp điện và giá trị đầu tư. 4. Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn Do sự hình thành Trung tâm Đô thị - Dịch vụ - Tài chính- Du lịch Nha Trang và sự tăng trưởng phụ tải nhanh chóng của thành phố Nha Trang, nhu cầu phụ tải tương lai của khu vực vượt xa khả năng đáp ứng của lưới điện hiện hữu. Theo tiêu chí “điện đi trước một bước”, việc xây dựng thêm một trạm 110kV để đáp ứng nhu cầu phụ tải của khu vực phải được triển khai ngay. Cùng với đó, việc nghiên cứu đề xuất phương án kết lưới sau trạm ETT là nhu cầu rất bức thiết. Việc tổ chức lại lưới điện thành phố Nha Trang sẽ mang lại hiệu quả thiết thực trong công tác giảm tổn thất điện năng và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho khách hàng. 5. Tên đề tài Căn cứ vào mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu trên, đề tài được đặt tên: “Nghiên cứu lựu chọn cấu trúc tối ưu lưới điện phân phối phía nam thành phố Nha Trang” 6. Phương pháp nghiên cứu - 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 điện năng, tổn thất điện áp và các chỉ số độ tin cậy cung cấp điện. Phương pháp thực nghiệm: Áp dụng các lý thuyết đã nghiên cứu, sử dụng phần mềm PSS/ADEPT, MATLAB để tính toán tổn thất công suất, tổn thất điện năng và độ tin cậy nhằm đề xuất phương án xây dựng, đấu nối và tổ chức kết lưới các xuất tuyến phân phối sau trạm ETT. 3 7. Cấu trúc của luận văn Ngoài phần mở đàu, kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục trong luận văn gồm có các chương như sau : CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THÀNH PHỐ NHA TRANG CHƯƠNG 2. CÁC TIÊU CHÍ LỰA CHỌN PHƯƠNG THỨC KẾT LƯỚI CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN PHÂN TÍCH LƯỚI ĐIỆN HIỆN TRẠNG VÀ ĐỀ XUẤT PHƯƠNG ÁN KẾT LƯỚI PHÂN PHỐI PHÍA NAM THÀNH PHỐ NHA TRANG CÓ XÉT ĐẾN TRẠM ETT CHƯƠNG 4. TÍNH TOÁN TỐI ƯU HÓA LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI PHÍA NAM THÀNH PHỐ NHA TRANG 4 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THÀNH PHỐ NHA TRANG Để hợp lý hóa lưới điện một khu vực, trước tiên cần tìm hiểu đặc điểm của khu vực đó về nhiều mặt. Việc nắm vững đặc điểm của khu vực giúp cho việc quy hoạch, đề xuất và lựa chọn phương án được chính xác và lưới điện cũng đáp ứng được nhu cầu của phụ tải trong dài hạn. Một số đặc điểm trọng yếu ảnh hưởng đến việc vận hành lưới điện sẽ được trình bày sau đây. 1.1. ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN – XÃ HỘI THÀNH PHỐ NHA TRANG 1.1.1. Đặc điểm tự nhiên và dân số của thành phố Nha Trang Thành phố Nha Trang có diện tích tự nhiên xấp xỉ 251km2 với dân số 420.521 người (năm 2016), toàn bộ phía đông giáp biển Đông, phía bắc giáp huyện Ninh Hoà, phía Tây giáp huyện Diên Khánh, phía Nam giáp huyện Cam Lâm. Nha Trang gồm 27 đơn vị hành chính, trong đó có 19 phường nội thành. Thành phố Nha Trang là trung tâm chính trị, kinh tế, văn hóa, khoa học kỹ thuật của tỉnh Khánh Hòa và có vị trí quan trọng về an ninh quốc phòng. Ngày 22.04.2009 Nha Trang đã được Thủ tướng Chính phủ ký quyết định công nhận đô thị loại I trực thuộc tỉnh Khánh Hòa, đây là 1 trong 6 đô thị loại I trực thuộc tỉnh trong cả nước. Thành phố Nha Trang được biết đến như một trung tâm du lịch của cả nước với tiềm năng biển dồi dào và là điểm đến có sức thu hút lớn đối với du khách quốc tế. Là trung tâm khoa học kỹ thuật, giáo dục đào tạo và dịch vụ của vùng Duyên hải Nam Trung bộ và vùng Tây Nguyên, Nha Trang tập trung nhiều cơ quan nghiên cứu như Viện Hải Dương học, Viện Pasteur, Trung tâm Thủy Sản 3, có nhiều trường Đại học, Cao đẳng như Đại học Nha Trang, Học viện Hải Quân, Chi nhánh Đại học Hồng Bàng, Đại học Thái Bình Dương, Đại học Khánh Hòa, Đại học Tôn Đức Thắng. Khí hậu Nha Trang tương đối ôn hòa, do nằm ở khu vực duyên hải Nam Trung bộ nên thường có 2 mùa rõ rệt: mùa nắng và mùa mưa. Mùa mưa ngắn, thường kéo dài từ giữa tháng 9 đến giữa tháng 12 dương lịch, tập trung vào 2 tháng 10 và tháng 11, chiếm khoảng 75% tổng lượng mưa cả năm. Những tháng còn lại là mùa nắng. Giờ nắng hàng năm trung bình 2.600 giờ và nhiệt độ trung bình năm là 26.70C. Riêng trên đỉnh núi Hòn Bà (cách Nha Trang 30 km đường chim bay) có khí hậu như Đà Lạt và Sa Pa. Độ ẩm tương đối khoảng 80,5%. 1.1.2. Đặc điểm tốc độ tăng trưởng kinh tế, thành phần kinh tế của tỉnh Khánh Hòa Tốc độ tăng trưởng GDP trên địa bàn tỉnh Khánh Hòa trong năm 2016 ước đạt 9,31%, trong đó giá trị sản xuất công nghiệp - xây dựng tăng 8,82%, nông, lâm, thuỷ sản tăng 2.69%; dịch vụ tăng 7.69%. Tổng sản phẩm trên địa bàn Tỉnh (GRDP) giá 5 thực tế năm 2016 đạt 57.032,97 tỷ đồng. Tổng thu ngân sách nhà nước trên địa bàn năm 2016 đạt 18.096 tỷ đồng. Mức tăng trưởng kinh tế bình quân giai đoạn 2010 – 2015 đạt 6,48%/năm; Tỷ lệ hộ nghèo giảm năm 2016 còn dưới 2%. Hoạt động thương mại và dịch vụ ở địa phương phát triển sôi động và tiếp tục có tốc độ tăng trưởng cao. Năm 2016, tổng mức bán lẻ hàng hóa và doanh thu dịch vụ toàn Tỉnh đạt 74.160 tỷ đồng, tăng 15% so với cùng kỳ năm trước. Tổng doanh thu du lịch năm 2016 đạt 12.998 tỷ đồng, tăng 16,43% so cùng kỳ năm trước. Khách lưu trú được 4.528 nghìn lượt với 10.468 nghìn ngày khách lưu trú, tăng lần lượt 12,32% và 14,39%, trong đó khách quốc tế được 1.163 nghìn lượt với 3.654 nghìn ngày, tăng lần lượt 22,27% và 25,96% so với cùng kỳ năm trước. Cơ cấu kinh tế chủ yếu là công nghiệp, dịch vụ – du lịch và sản xuất nông lâm thủy sản với tỷ trọng năm 2016 như sau: - Dịch vụ – du lịch : 47,3%. - Công nghiệp – xây dựng : 41,42%. - Nông – lâm – thủy sản : 11,28%. Năm 2017, Khánh Hòa phấn đấu duy trì tốc độ tăng trưởng ổn định và bền vững. Theo đó, Khánh Hòa đặt mục tiêu tốc độ tăng trưởng kinh tế (GRDP) tăng 6,5 - 7,0%. Trong đó, GRDP theo ngành kinh tế tăng 7,0%-7,5%; GRDP bình quân đầu người đạt 50,5 triệu đồng; Giá trị sản xuất công nghiệp - xây dựng tăng 8,8%; Chỉ số sản xuất công nghiệp tăng 7,5%; Giá trị sản xuất nông, lâm, thủy sản tăng 2,8%; Giá trị dịch vụ (chưa bao gồm các loại thuế) tăng 7,8%.. Nha Trang là thành phố du lịch, trong năm qua hoạt động kinh doanh thương mại – dịch vụ phát triển ổ định cả về loại hình và quy mô hoạt động. Tổng mức bán lẻ hàng hóa và dịch vụ tiêu dùng năm 2016 ước đạt 30.154,75 tỷ đồng, tăng 18,37% so với năm 2015. Giá trị thương mại dịch vụ của thành phố Nha Trang năm 2016 ước đạt 49.764,75 tỷ đồng, tăng 19,17% so với năm trước. Trong đó doanh thu từ hoạt động du lịch đạt 5.417,21 tỷ đồng, tăng 20,15% so với năm 2016. Ước trong năm 2016 có khoảng 4.231.240 lượt khách du lịch đến Nha Trang, tăng 14,1% so với năm trước, trong đó khách quốc tế là 1.045.000 lượt, tăng 16,93% so với năm trước. 1.2. ĐẶC ĐIỂM LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI PHÍA NAM THÀNH PHỐ NHA TRANG 1.2.1. Hiện trạng các nguồn điện Lưới điện phân phối phía nam thành phố Nha Trang được quản lý bởi các Điện lực trực thuộc Công ty Cổ phần Điện lực Khánh Hòa gồm: Điện lực Trung tâm Nha Trang và Điện lực Vĩnh Nguyên. Năm 2016, sản lượng điện nhận khu vực nam Nha Trang đạt 697.048.540kWh chiếm 35,1% sản lượng toàn tỉnh Khánh Hòa. Một số các chỉ tiêu cơ bản như sau: 6 Bảng 1.1. Sản lượng và tổn thất của ĐL Trung tâm Nha Trang và Vĩnh Nguyên năm 2015 và 2016 Chỉ tiêu Năm 2015 Năm 2016 Tăng/giảm Sản lượng điện nhận (kWh) 609,407,646 697,048,540 87,640,894 Sản lượng điện thương phẩm (kWh) 585,957,950 673,589,621 87,631,671 Tổn thất 5,02 % 3,08 % -2,00% Trước năm 2000, lưới điện phân phối Nha Trang chủ yếu là lưới 6,6kV và lưới 15kV được cấp điện từ trạm biến áp 110kV-25MVA Mã Vòng và Nhà máy điện diezen Chụt có công suất 10MW. Sau đó, được sự cho vay ưu đãi của các tổ chức tín dụng quốc tế như WB, ADB…lưới điện phân phối phía nam thành phố Nha Trang đã được nâng cấp cải tạo. Đến thời điểm hiện nay, về cơ bản lưới điện phân phối phía nam thành phố Nha Trang hầu hết đã chuyển sang vận hành ở cấp điện áp 22kV và có thể nhận điện từ 2 trạm biến áp: - Trạm 110kV Mã Vòng E27 (110/35/23kV) - 2x63MVA. - Trạm 110kV Bình Tân EBT (110/23/11kV) – 1x40 MVA. Về nguồn phát điện diesel tại chỗ, hiện KDL Vinpearl Nha Trang trên đảo Hòn Tre có tổng công suất phát khả dụng khoảng 14MW, đủ khả năng cấp điện cho toàn bộ đảo Hòn Tre. 1.2.2. Hiện trạng lưới điện Tính đến thời điểm 2017, lưới điện trung áp khu vực Nha Trang bao gồm 2 cấp điện áp là 35kV và 22kV. Lưới điện 35kV chỉ cấp điện một số trạm biến áp khách hàng có công suất lớn (các khách sạn lớn dọc bờ biển Nha Trang). Lưới điện 22kV phần lớn tuy được cải tạo đồng thời nhưng qua thời gian vận hành lâu nên chất lượng và độ tin cậy giảm sút. Các đường trục sử dụng dây bọc XLPE có tiết diện lớn (185mm2) và bán kính cung cấp điện hợp lý. Chúng được chia thành các xuất tuyến nhỏ nối liên kết với nhau bằng các dao cách ly, LBS hay REC liên lạc. Sơ đồ lưới điện như phụ lục 5 đính kèm a. Trạm 110kV Mã Vòng có các xuất tuyến sau: Tuyến 471: Cấp cho khu vực trung tâm thành phố. Tổng chiều dài toàn tuyến 6,89km với 52 trạm biến áp phụ tải 22/0,4kV có công suất đặt 17.41MVA. Tuyến 471E27 có khả năng liên lạc với các xuất tuyến 472-473-479-E27. Tuyến 472: Cấp điện một số phụ tải quan trọng như các cơ quan lãnh đạo của Tỉnh, bệnh viện, công an đường trục xuất tuyến này đi song song với tuyến 374-E27 trên cùng một trụ và cấp điện cho 66 trạm biến áp phụ tải 22/0,4kV với công suất đặt 19,721 MVA. Tổng chiều dài đường dây là 8,33km. Tuyến 472-E27 có khả năng liên lạc với các xuất tuyến 471-474-E27, 474-E31. 7 - Tuyến 473: Cấp cho 44 trạm biến áp phụ tải 22/0,4kV với tổng công suất đặt là 26,835 MVA. Tuyến 473-474-E27 cấp điện cho khu vực phía bắc Sân bay Nha Trang. Tổng chiều dài toàn tuyến là 7,595km. Tuyến 473-E27 có khả năng liên lạc với các xuất tuyến 471-474-485-E27. - Tuyến 474: Với tổng chiều dài toàn tuyến là 7,963km, tuyến 474 cấp điện cho 77 trạm biến áp 22/0,4kV có tổng công suất đặt là 24,28 MVA. Tuyến 474-E27 có khả năng liên lạc với các xuất tuyến 472-484-485-E27. - Tuyến 477: Đi chung trụ với tuyến 478-E27. Hai xuất tuyến 477-478-E27 cấp điện cho khu vực phía tây và phía nam sân bay Nha Trang. Chiều tuyến 477 là 23,11 km, cấp điện cho 78 trạm biến áp với công suất đặt là 24,725MVA. Tuyến 477-E27 có khả năng liên lạc với các xuất tuyến 473-484-E27 và 471-479-481-EBT. - Tuyến 478: Đi chung trụ với tuyến 477-E27. Hai xuất tuyến 477-478-E27 cấp điện cho khu vực phía tây và phía nam sân bay Nha Trang. Chiều tuyến 478 là 7,375 km, cấp điện cho 48 trạm biến áp với công suất đặt là 13,515MVA. Tuyến 478-E27 có khả năng liên lạc với các xuất tuyến 485-E27 và 477-479-481-EBT. - Tuyến 479: có chiều dài trục chính là 8,081km. Tuyến 479 chỉ cấp điện cho 39 trạm biến áp với tổng công suất đặt 13,73 MVA. Tuyến 479-E27 có khả năng liên lạc với các xuất tuyến 471-E27 và 472-E31. - Tuyến 484: Cấp cho khu vực phía bắc Sân bay Nha Trang, với tổng chiều dài toàn tuyến là 11,259km, cấp điện cho 61 trạm biến áp với tổng công suất đặt 28,66 MVA. Tuyến 474-E27 có khả năng liên lạc với các xuất tuyến 474-477-485-E27. - Tuyến 485: Cấp cho khu vực phía nam Sân bay Nha Trang, với tổng chiều dài toàn tuyến là 11.259km, cấp điện cho 56 trạm biến áp với tổng công suất đặt 19,557 MVA. Tuyến 475-E27 có khả năng liên lạc với các xuất tuyến 474-478-484-E27. b. Trạm EBT có các xuất tuyến 22kV như sau: - Trạm EBT cấp điện cho khu vực phía tây nam và nam sân bay Nha Trang với các phụ tải đặc điểm như sau: - Tuyến 471: cấp điện cho 91 trạm biến áp phụ tải có tổng công suất đặt 19,07MVA, với chiều dài là 27,724km. Tuyến 471-EBT có khả năng liên lạc với các xuất tuyến 477-E27. - Tuyến 473: Có cấu trúc hình tia cấp điện cho 58 trạm biến áp phụ tải thuộc khu vực Sông Lô-Phước Đồng, tổng công suất đặt 25,417MVA và chiều dài là 22,423km. Tuyến 473-EBT có khả năng liên lạc với các xuất tuyến 471-EBĐ. - Tuyến 475: Cấp điện cho 24 trạm biến áp 22/0,4kV, tổng công suất đặt 9,722 MVA. Đây là một trong hai xuất tuyến cấp điện cho KDL Vinpearl. Chiều dài là 17,804km chủ yếu là cáp ngầm, tuyến có thể được nối vòng với tuyến 477 để tăng khả năng cung cấp điện trong các trường hợp cần thiết qua cầu dao 475-477-EBT/107. Ngoài ra tuyến 475-EBT có thể kết nối với tuyến 481-EBT tại trạm cắt Phú Quý. 8 - Tuyến 477: phần lớn đường trục đi chung trụ với tuyến 475-EBT và kết nối với tuyến 476 trạm F5D, với chiều dài là 9,419km. Tuyến 475-EBT cấp điện cho 41 trạm biến áp phụ tải 22/0,4kV có công suất đặt là 14,89 MVA. Tuyến 477-EBT có khả năng liên lạc với các xuất tuyến 475-479-481-EBT và xuất tuyến 478-E27. - Tuyến 479: Cấp điện cho 20 trạm biến áp 22/0,4kV, tổng công suất đặt 5,72 MVA. Xuất tuyến có chiều dài là 8,3km. Tuyến 479-EBT có khả năng liên lạc với các xuất tuyến 477-481-EBT và xuất tuyến 477-478-E27. - Tuyến 481: cùng xuất tuyến 475 cấp điện cho KDL Vinpearl. Cấp điện cho 18 trạm biến áp 22/0,4kV, tổng công suất đặt là 8,9MVA. Xuất tuyến có chiều dài là 8,3kM. Xuất tuyến có khả năng liên lạc với các xuất tuyến 475-477-479-EBT, 477-E27. Tất cả các xuất tuyến 22kV lưới phân phối khu vực thành phố Nha Trang được kết mạch vòng với nhau như đã trình bày ở trên. Nhưng trong thực tế cũng như các lưới phân phối thông thường, chủ yếu chúng được vận hành dưới dạng hình tia để đảm bảo các điều kiện kinh tế - kỹ thuật. 1.2.3. Đặc điểm phụ tải và tăng trưởng phụ tải. Với những đặc điểm kinh tế xã hội như đã trình bày ở trên, lưới điện phân phối thành phố Nha Trang chủ yếu cấp cho các nhóm phụ tải sau: - Phụ tải sinh hoạt công công. - Phụ tải thương mại dịch vụ bao gồm văn phòng, cửa hàng, khách sạn, trung tâm mua sắm, giải trí… - Phụ tải công nghiệp nhỏ (CN) bao gồm thực phẩm - ăn uống, may mặc, đông lạnh… - Phụ tải hành chính bao gồm các công sở, các cao ốc văn phòng, văn phòng đại diện, trụ sở làm việc các doanh nghiệp, … Các phụ tải công nghiệp lớn thường ít được phép xây dựng trong thành phố. Chúng được qui hoạch thành những khu công nghiệp nhỏ (KCN Suối Dầu, Diên Phú, Ninh Thuỷ…) và có những xuất tuyến riêng cấp điện cho các khu vực này. Tốc độ tăng trưởng bình quân hàng năm của phụ tải năm 2016 của Điện lực Vĩnh Nguyên là 17,01%, Điện lực Trung tâm Nha Trang là 13,84%. Năm 2016, phụ tải cực đại rơi vào tháng 8 với công suất 325MW và và phụ tải cực tiểu rơi vào tháng 02 với công suất 130MW. 1.3. TÌNH HÌNH MANG TẢI LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI PHÍA NAM THÀNH PHỐ NHA TRANG 1.3.1. Tình hình mang tải các nguồn điện Lưới điện phân phối phía nam thành phố Nha Trang hiện được cung cấp bởi hai trạm 110kV với công suất lắp máy như sau: - Trạm biến áp 110kV Nha Trang: trạm hiện đang có hai MBA 115/38.5/24kV 63MVA. Hiện hai máy đang được vận hành song song phía 110kV và 22kV. Phụ tải 9 phía 35kV được cấp điện bới MBA T1. Trong năm 2017 trạm đang vận hành tối đa ở mức khoảng 75% định mức, khoảng 94MVA. - Trạm biến áp 110kV Bình Tân: trạm hiện có 01 MBA 115/24/11kV -40MVA. Hiện trạm đang vận hành ở mức gần đầy tải. Trong năm 2017 trạm đang vận hành tối đa ở mức khoảng 90% định mức, khoảng 36MVA Có thể thấy mức mang tải của hai trạm biến áp là rất cao. Hiện hai trạm đã không đủ năng lực cấp điện cho phụ tải khu vực phía nam thành phố Nha Trang khi phải đưa một MBA bất kỳ ra khỏi vận hành. Điều này ảnh hưởng đến độ tin cậy cung cấp điện cho khách hàng trong chế độ N-1. Đồng thời, tốc độ tăng trưởng phụ tải của khu vực trong thời gian tới ước đạt khoảng 10%/năm thì trong trong năm 2018 hai trạm biến áp sẽ không thể đáp ứng nhu cầu cấp điện cho khách hàng. 1.3.2. Tình hình mang tải các xuất tuyến phân phối. Công suất cực đại các xuất tuyến trong một ngày điển hình thàng 5/2017 như sau: Bảng 1.2. Hiện trạng mang tải của các xuất tuyến Trạm E27 EBT Xuất tuyến PMax (MW) 479 5.087 471 5.970 472 6.406 473 7.303 474 6.271 477 7.084 478 5.344 485 6.436 484 5.802 475 7.869 481 8.560 477 9.020 479 4.539 473 3.278 471 3.081 QMax (MVA) Ghi chú 0.278 0.680 0.836 0.719 0.517 1.393 1.151 0.941 0.492 Cấp điện PĐ 472-E27/62 0.711 1.344 1.466 0.563 0.256 0.253 Từ bảng trên nhận thấy hầu hết các xuất tuyến đều đang vận hành ở mức gần với Jkt (theo quy phạm trang bị điện năm 2006). Mặc dù các tuyến đã được xây dựng dạng mạch vòng vận hành hình tia, như việc mang tải ở mức cao cũng làm giảm độ tin cậy cung cấp điện của các xuất tuyến đặc biệt là trong chế độ N-1 và khả năng hỗ trợ giữa các tuyến bị hạn chế do công suất phụ tải quá cao.