Tài liệu Nghiên cứu thiết kế thiết bị bù hạ thế ổn định điện áp lưới điện

.. ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN HUY KHƯƠNG NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ THIẾT BỊ BÙ HẠ THẾ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP LƯỚI ĐIỆN Ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN Mã ngành: 8520201 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. NGUYỄN DUY CƯƠNG 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, luận văn này là công trình nghiên cứu của riêng cá nhân tôi, được thực hiện trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết, tổng hợp từ nhiều nguồn tài liệu tham khảo khác nhau. Qua số liệu thu thập thực tế, tổng hợp tại Công ty Điện lực Bắc Kạn - nơi tôi làm việc, không sao chép bất kỳ luận văn nào trước đó và dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS. Nguyễn Duy Cương - giảng viên trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học Thái Nguyên. Các số liệu và những kết quả trong luận văn là trung thực, các đánh giá, kiến nghị đưa ra xuất phát từ thực tiễn và kinh nghiệm làm việc trong Công ty Điện lực Bắc Kạn; kết quả nghiên cứu này chưa từng được công bố dưới bất cứ hình thức nào trước khi trình, bảo vệ và công nhận bởi “Hội Đồng đánh giá luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ kỹ thuật”. Một lần nữa, tôi xin khẳng định về sự trung thực của lời cam kết trên./. Tác giả luận văn Nguyễn Huy Khương 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 này. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến: PGS.TS. Nguyễn Duy Cương 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 CBCNV trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp đã tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả trong quá trình tiến hành thực nghiệm đề tài và 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 này; 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, để bản luận văn này hoàn thiện hơn. Xin trân trọng cám ơn. Bắc Kạn, ngày 15 tháng 04 năm 2019 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 TỪ VIẾT TẮT ...................................................................... v DANH MỤC CÁC BẢNG.........................................................................vi DANH MỤC CÁC HÌNH .........................................................................vii MỞ ĐẦU ..................................................................................................... 1 - Mục tiêu chung ......................................................................................... 2 - Mục tiêu cụ thể.......................................................................................... 2 - Ý nghĩa khoa học ...................................................................................... 2 - Ý nghĩa thực tiễn....................................................................................... 3 - Nghiên cứu lý thuyết................................................................................. 3 - Nghiên cứu thực tiễn ................................................................................. 3 CHƯƠNG 1: HIỆN TRẠNG LƯỚI ĐIỆN TỈNH BẮC KẠN CÁC TỒN TẠI TRONG VẬN HÀNH.............................................................. 5 1.1. Nguồn điện cấp điện cho tỉnh Bắc Kạn................................................ 5 Các nguồn thủy điện vừa và nhỏ ....................................................... 5 1.1.2. Nguồn trạm 110kV............................................................................ 5 1.2. Lưới điện .............................................................................................. 6 1.2.1. Thống kê lưới điện hiện trạng ........................................................... 6 1.2.2. Tình hình vận hành hệ thống lưới phân phối .................................... 9 1.2.3. Tình hình vận hành lưới phân phối lộ 371, trạm E26.1 .................. 10 1.3. Một số tồn tại và các phương pháp nâng cao chất lượng điện năng cho lưới phân phối lộ 371, trạm E26.1 đã thực hiện........................................ 11 1.3.1. Các tồn tại trong việc nâng cao chất lượng điện năng .................... 11 1.3.2. Các phương pháp bù công suất phản kháng nâng cao hệ số công suất đã thực hiện ............................................................................................... 11 Kết luận chương 1 ..................................................................................... 16 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN ĐẾN NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ......................................................................................... 17 2.1. Công suất & hệ số công suất .............................................................. 17 2.1.1. Giới thiệu về các loại công suất ...................................................... 17 2.1.2. Hệ số công suất ............................................................................... 18 2.1.3. Ý nghĩa của hệ số công suất ............................................................ 18 2.1.4. Các yếu tố ảnh hưởng tới hệ số công suất....................................... 19 2.1.5. Ý nghĩa của việc nâng cao hệ số công suất ..................................... 20 2.1.6. Giảm tổn thất công suất trong mạng điện ....................................... 21 2.1.7. Giảm tổn thất điện áp trong mạng điện ........................................... 21 2.1.8. Tăng khả năng truyền tải của đường dây và máy biến áp............... 21 2.1.9. Hệ thống bù công suất phản kháng ................................................. 22 2.1.10. Bù CSPK sử dụng cấu trúc FC-TCR ............................................ 22 2.1.11. Vị trí đặt thiết bị bù ....................................................................... 24 2.1.12. Xác định dung lượng bù ................................................................ 25 Kết luận chương 2 ..................................................................................... 28 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG BÙ CSPK....... 29 3.1. Hệ thống bù CSPK FC-TCR .............................................................. 29 3.1.1. Sơ đồ tổng quan............................................................................... 29 3.1.2. Tính toán giá trị tụ bù cố định FC ................................................... 32 3.1.3. Tính toán giá trị điện cảm (L) tại nhánh TCR ................................ 33 3.1.4. Mối liên hệ giữa điện cảm (L) ở nhánh TCR, góc kích mở thyristor (α), và việc bù CSPK................................................................................. 34 3.2. Hệ thống điều khiển ................................................................................. 34 3.2.1. Bộ tạo xung điều khiển Thyristor ................................................... 35 3.2.2. Bộ điều khiển phản hồi 𝐜𝐨𝐬𝝋 (Khối TH-KĐTG)........................... 39 Kết luận chương 3 ..................................................................................... 56 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................ 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................... 56 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ĐB : Đồng bộ CSPK : Công suất phản kháng CSTT : Công suất tiêu thụ CS : Công suất DVC : Dynamic Var Compensation DSVC : Dynamic – Static Var compensation SSSC : Static Synchronous Series Controllers SVC: : Static Var Compensation TSC: : Thyristor Switched Capacitor FC: : Fixed Capacitor TCR: : Thyristor controller Reactor STATCOM: : Static Synchronous Compensator KĐB : Không đồng bộ 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. Công suất các NMTĐ hiện có tỉnh Bắc Kạn .................................... 5 Bảng 1.2. Hiện trạng mang tải trạm biến áp 110kV trên địa bàn tỉnh Bắc Kạn........ 6 Bảng 1.3. Thống kê khối lượng lưới hiện có trên địa bàn tỉnh Bắc Kạn .......... 7 Bảng 1.4. Mang tải các tuyến đường dây trung áp ........................................... 9 Bảng 1.5. Tổng hợp khối lượng vận hành đường dây trung áp lộ 371, E26.1 10 Bảng 3.1. Các tham số PID theo phương pháp Ziegler-Nichols thứ nhất ...... 44 Bảng 3.2. Các tham số PID theo phương pháp Ziegler-Nichols thứ 2 ........... 45 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Bộ bù tĩnh sử dụng các tụ điện mắc song song với nhau và các bộ đóng ngắt contactor, rơ le ................................................... 15 Hình 2.1. Tam giác công suất.................................................................... 17 Hình 2.2. Cấu trúc FC-TCR ...................................................................... 23 Hình 2.3. Sơ đồ mạng lưới bù CSPK ........................................................ 25 Hình 2.4. Dung lượng bù CSPK ............................................................... 25 Hình 2.5. Sơ đồ bù CSPK ......................................................................... 27 Hình 2.6. Xác định dung lượng bù ............................................................ 27 Hình 3.1. Hệ thống bù CSPK FC-TCR ..................................................... 29 Hình 3.2. Sơ đồ mạch FC-TCR ................................................................. 30 Hình 3.3. Sơ đồ tương đương khi lưới và tải mang tính chất dung .......... 31 Hình 3.4. Sơ đồ tương đương khi lưới và tải mang tính chất cảm............ 32 Hình 3.5. Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển pha đứng .......................... 36 Hình 3.6. Sơ đồ cấu trúc bộ điều khiển phản hồi cosφ ............................ 39 Hình 3.7. Đáp ứng của hệ thống khi thay đổi hệ số Kp ............................ 40 Hình 3.8. Đáp ứng của hệ thống khi thay đổi hệ số Ki ............................. 41 Hình 3.9. Đáp ứng của hệ thống khi thay đổi hệ số Kd ........................... 43 Hình 3.10. Đáp ứng nấc của hệ hở có dạng S ........................................... 44 Hình 3.11. Xác định hằng số khuếch đại tới hạn ...................................... 45 Hình 3.12. Đáp ứng nấc của hệ kín khi k = kth ........................................ 45 Hình 3.13. Mắc song song các Thyristor để phân dòng............................ 47 Hình 3.14. Sử dụng BAX cho mạch khuếch đại và truyền xung .............. 48 Hình 3.15. Sơ đồ mô phỏng hệ thống bù công suất phản kháng .............. 48 Hình 3.16. Đường dây tải điện .................................................................. 49 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn Hình 3.17. Điện áp đầu nguồn và điện áp cuối nguồn khi chưa tải hoặc non tải. ............................................................................................ 50 Hình 3.18. Điện áp đầu nguồn và điện áp cuối nguồn khi có tải. ............. 51 Hình 3.19. Điện áp đầu nguồn và điện áp cuối nguồn có tụ bù ................ 51 Hình 3.20. Điện áp đầu nguồn và điện áp cuối nguồn có cả tụ bù và kháng bù. ............................................................................................ 52 Hình 3.21. Sơ đồ mạch tạo xung điều khiển Thyristor xây dựng trên Simulink ................................................................................... 52 Hình 3.22. Điện áp răng cưa, điện áp điều khiển, và điện áp sau khối so sánh .......................................................................................... 53 Hình 3.23. Phân chia xung ........................................................................ 54 Hình 3.24. Xây dựng bộ điều khiển PID điều khiển hệ số Cos Phi trên Matlab/Simulink ...................................................................... 54 Hình 3.25. Đo công suất tác dụng và công suất phản kháng. ................... 55 Hình 3.26. Hệ số cos phi. .......................................................................... 56 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn MỞ ĐẦU Lý do thực hiện đề tài Sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng được xác định là nhiệm vụ trọng yếu có vai trò cực kỳ quan trọng đảm bảo an ninh năng lượng, thúc đẩy phát triển tăng trường kinh tế. Hiện tại Công ty Điện lực Bắc Kạn đang quản lý vận hành 1.766,37 km đường dây trung thế và 1.063 TBA phân phối. Là tỉnh miền núi phụ tải thường không tập trung xuất tuyến các đường dây trung thế sau trạm 110kV dài (có đường dây trục chính lên đến 180km không kể các nhánh rẽ), việc đầu tư các trạm 110kV đến gần trung tâm phụ tải là rất tốn kém. Do đường dây truyền tải dài dẫn đến phát sinh lượng công suất phản kháng Q gọi là công suất vô công gây ra. Khi thành phần công suất vô công lớn làm cho công suất toàn phần tăng, dẫn đến dòng điện trên đường dây truyền tải tăng, làm tăng tổn hao năng lượng trên đường dây. Mặc dù thành phần công suất vô công gây ra tổn thất điện năng không đáng có thành nhiệt trên dây dẫn và phụ tải trong truyền tải và tiêu thụ, nhưng nó là thành phần cần thiết trong quá trình biến đổi điện năng thành các dạng năng lượng khác. Tuy nhiên, thành phần công suất vô công mà nguồn cấp cho tải có thể điều chỉnh bằng cách thêm hoặc bớt các thành phần cảm kháng hoặc dung kháng khác trong lưới trung thế hoặc nơi tiêu thụ. Như chúng ta đã biết Công suất truyền từ nguồn đến tải luôn tồn tại 2 thành phần: Công suất tác dụng và công suất phản kháng. Công suất tác dụng đặc trưng cho khả năng sinh ra công hữu ích của thiết bị, đơn vị W hoặc kW. Công suất phản kháng không sinh ra công hữu ích nhưng nó lại cần thiết cho quá trình biến đổi năng lượng, đơn vị VAR hoặc kVAR. Công suất tổng hợp cho 2 loại công suất trên được gọi là công suất biểu kiến, đơn vị VA hoặc KVA. Tỷ lệ giữa Công suất tác dụng và Công suất biểu kiến gọi là Hệ số Công suất Cos phi (Cosφ). Chúng ta cần nâng cao hệ số Cos phi này nhằm giảm tổn hao Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn công suất, tổn thất điện áp trên đường truyền. Việc nâng cao hệ số Cos phi thường được thực hiện bù ngang và bù dọc với các phương pháp bù tĩnh (bù trực tiếp, thường dùng bù trước 1 phần công suất phản kháng mà không xảy ra dư công suất phản kháng) hoặc bù ứng động (tự động điều chỉnh hệ số công suất phản kháng). Đối với một đường dây truyền tải có chiều dài lớn (khoảng 100 km) khi nặng tải tổn thất trên đường dây tăng, điện áp cuối đường dây giảm. Tuy nhiên khi non tải do tồn tại điện dung ký sinh điện áp cuối đường dây tăng đáng kể. Để khắc phục tình trạng nêu trên Công ty Điện lực Bắc Kạn đang đầu tư lắp đặt thử nghiệm MBA tăng áp ở gần cuối đường dây trung thế để điều chỉnh ổn định điện áp. Tuy nhiện việc đầu tư trên chỉ mới đem lại việc ổn định điện áp, còn lại các thành phần công suất vô công chưa được xử lý, mặt khác việc đầu tư MBA tăng áp rất tốn kém về kinh phí đầu, diện tích sử dụng đất cho việc lắp đặt thiết bị và sẽ tăng một lượng tổn thất do bản thân thiết bị gây ra… Xuất phát từ những lý do trên tôi đã chọn đề tài “Nghiên cứu, thiết kế thiết bị bù hạ thế ổn định điện áp lưới điện” để làm vấn đề nghiên cứu cho mình. Mục tiêu nghiên cứu - Mục tiêu chung Đề tài này đặt mục tiêu chính là nâng cao hệ số công suất, giảm tổn thất, ổn định điện áp làm việc cho lưới điện. - Mục tiêu cụ thể Thiết kế hệ thống bù công suất phản kháng với cấu trúc kết hợp giữa bù có cấp và vô cấp cho một tuyến đường dây hạ thế tại tỉnh Bắc Kạn; Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài - Ý nghĩa khoa học Vận dụng kiến thức cơ bản, cơ sở, chuyên môn để đề xuất các giải pháp bù công suất phản kháng nhằm nâng cao hệ số công suất, giảm tổn thất, ổn định điện áp lưới truyền tải điện năng. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn - Ý nghĩa thực tiễn Phân tích đánh giá các giải pháp kỹ thuật để xây dựng các hệ thống điều chỉnh công suất phản kháng trên lưới điện trung thế tỉnh Bắc Kạn và định hướng phát triển xây dựng cho lưới điện toàn Tập đoàn Điện lực Việt Nam trong những năm tiếp theo. Dự kiến các kết quả đạt được Hệ thống bù công suất phản kháng với cấu trúc bù có cấp; hệ thống bù công suất phản kháng với cấu trúc kết hợp giữa bù có cấp và vô cấp; thuyết minh nguyên lý hoạt động của các hệ thống đề xuất; tính toán các tham số cơ bản của hệ thống bù ứng với một đối tượng cụ thể; mô hình hóa hệ thống, mô phỏng, hiệu chỉnh, đánh giá chất lượng; so sánh kinh tế, kỹ thuật giữa phương án truyền thống và phương án đề xuất. Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết Sử dụng các kiến thức cơ bản, cơ sở, chuyên ngành cho các phân tích, thiết kế, tính toán. Kết quả thiết kế, tính toán được kiểm chứng, đánh giá qua mô phỏng sử dụng phần mềm chuyên dụng hiện đại. 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 phương pháp bù công suất phản kháng nâng cao hệ số công suất mới cho lưới điện truyền tải bằng cách bù điện kháng hoặc bù điện dung Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Lưới điện 35kV do Công ty Điện lực Bắc Kạn đang quản lý. (đường dây 35kV, lộ 371, E26.1) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn Cấu trúc của luận văn Tên đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế thiết bị bù hạ thế ổn định điện áp lưới điện”. Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận văn gồm 3 chương: Chương 1: Hiện trạng lưới điện tỉnh Bắc Kạn các tồn tại trong vận hành Chương 2: Cơ sở lý thuyết liên quan đến nội dung nghiên cứu. Chương 3: Tính toán thiết kế hệ thống bù CSPK Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn CHƯƠNG 1: HIỆN TRẠNG LƯỚI ĐIỆN TỈNH BẮC KẠN CÁC TỒN TẠI TRONG VẬN HÀNH 1.1. Nguồn điện cấp điện cho tỉnh Bắc Kạn Các nguồn thủy điện vừa và nhỏ Hiện tại trên địa bàn tỉnh Bắc Kạn có 3 nhà máy thủy điện đang vận hành đấu nối ở cấp điện áp 35kV gồm: NMTĐ Tà Làng (huyện Ba Bể), NMTĐ Thượng Ân (huyện Ngân Sơn) và NMTĐ Nậm Cắt (huyện Bạch Thông). Các nhà máy thủy điện có tổng công suất 10,1 MW, cụ thể công suất các NMTĐ được thống kê trong bảng 1.1. Bảng 1.1 Công suất các NMTĐ hiện có tỉnh Bắc Kạn Địa điểm STT Tên NMTĐ Xã Huyện P(MW) 1 Tà Làng Đồng Phúc Ba Bể 4,5 2 Thượng Ân Thượng Ân Ngân Sơn 2,4 3 Nậm Cắt Đôn Phong Bạch Thông 3,2 Tổng 10,1 (Nguồn: Công ty Điện lực Bắc Kạn 2018) 1.1.2 Nguồn trạm 110kV Lưới trung áp tỉnh Bắc Kạn được cấp điện từ 02 trạm biến áp 110kV với tổng công suất đặt 75MVA, cụ thể: Trạm 110kV Bắc Kạn (E26.1) có công suất 2x25MVA-110/35/22kV cấp điện cho TP.Bắc Kạn, huyện Bạch Thông, Chợ Mới, Na Rì, Ngân Sơn, Ba Bể và Pác Nặm thông qua 06 lộ đường dây 35kV và 03 lộ đường dây 22kV. Trong điều kiện bình thường với phụ tải hiện có, máy T1-25MVA cấp điện cho phía 35kV với Pmax khoảng 23,3MW, máy T2-25MVA cấp điện cho phía 22kV với Pmax khoảng 13,3. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn Trạm 110kV Chợ Đồn (E26.2) có công suất 1x25MVA- 110/35/22kV cấp điện cho các phụ tải thuộc huyện Chợ Đồn thông qua 05 lộ đường dây 35kV hiện tại trạm mang tải với Pmax khoảng 11,7MW. Chi tiết mang tải các trạm biến áp 110kV trên địa bàn tỉnh Bắc Kạn được trình bày trong bảng 1.2. Bảng 1.2 Hiện trạng mang tải trạm biến áp 110kV trên địa bàn tỉnh Bắc Kạn TT Tên trạm Bắc Kạn (E26.1) 1 T1 Bắc Kạn (E26.1) T2 2 Chợ Đồn (E26.2) Dung Điện áp lượng (KV) Pmax Pmin Mang tải Ghi (MW) (MW) (%) 25MVA 110/35/22 23,3 1 92,0 25MVA 110/35/22 13,3 1 53,2 25MVA 110/35/22 11,7 -0.3 46,8 Chú (Nguồn: Công ty Điện lực Bắc Kạn 2018) * Nhận xét nguồn điện 110kV cấp điện cho tỉnh Bắc Kạn Theo số liệu vận hành, các trạm 110kV cấp điện cho tỉnh Bắc Kạn hiện tại chưa đầy tải, tuy nhiên trong giai đoạn tới khi các khu, cụm công nghiệp, các nhà máy khai thác, chế biến quặng, khoáng sản… đi vào hoạt động ổn định, kết quả dự báo phụ tải tăng trưởng đáng kể, sẽ cần bổ sung thêm nguồn công suất các trạm 110kV để đáp ứng đầy đủ và chất lượng cho yêu cầu hoạt động của phụ tải. 1.2 Lưới điện 1.2.1 Thống kê lưới điện hiện trạng Hệ thống lưới trung áp cung ứng điện trên địa bàn tỉnh hiện tại đang vận hành ở cấp điện áp 35kV và 22kV. Riêng hệ thống lưới điện áp 22kV cấp điện chủ yếu cho TP. Bắc Kạn, Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn Khối lượng đường dây trung áp ngành điện quản lý chiếm tỷ lệ rất lớn (97,1%), khách hàng quản lý chỉ chiếm 2,9%. Trong đó chủ yếu là đường dây 35kV chiếm 96,4% khối lượng đường dây trung áp. Đường dây 22kV chỉ có ở TP.Bắc Kạn, toàn bộ đường dây 22kV đều đã được xây dựng và cải tạo theo tiêu chuẩn 22kV, tỷ lệ hạ ngầm lưới điện trung áp không đáng kể chủ yếu là 22kV. Trạm biến áp phân phối toàn tỉnh có 1.036 trạm với 1.036 máy và tổng dung lượng 169,135kVA.Với đặc thù là một tỉnh miền núi dân cư phân bố phân tán, không đồng đều, mật độ phụ tải thấp, nêncông suất các trạm biến áp phân phối của ngành điện thường thấp bình quân chỉ có 104,0kVA/trạm. Trạm biến áp vận hành 35/0,4kV chiếm tỷ trọng lớn trên 89,7% tổng số trạm biến áp toàn tỉnh. Trạm biến áp vận hành 22/0,4kV hiện chỉ có ở TP.Bắc Kạn, Lưới điện hạ áp trên địa bàn toàn tỉnh đạt 2.029 km trong đó chủ yếu là dây bọc (98%) còn lại là dây trần và cáp ngầm chiếm không đáng kể. Tổng hợp số liệu thống kê khối lượng lưới điện hiện có trên địa bàn tỉnh Bắc Kạn trong bảng 1.3. Bảng 1.3 Thống kê khối lượng lưới hiện có trên địa bàn tỉnh Bắc Kạn Khối lượng Số TT I Nội dung Đường dây cao áp 110kV Đơn vị km Tài sản ĐL Tài sản KH Tổng 134,79 134,79 II TBA 110kV Trạm 02 02 1 MBA 110kV Máy 03 03 2 Dung lượng MVA 75 75 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn Khối lượng Số TT Nội dung Đơn vị III Đường dây trung áp km Tài sản Tài sản KH ĐL 1.704,48 61,89 1 Lưới 35kV km 1.659,05 55,31 1.714,36 2 Lưới 10kV km 3 Lưới 22kV km 45,43 6.6 52,01 IV Đường dây hạ áp km 2.029,99 2.1 2.029,09 V TBA phân phối (tổng) Trạm 856 207.0 1,063 1 TBA 35kV/0,4kV Trạm 768 154.0 922 2 TBA 22/0,4kV Trạm 88 53.0 141 3 Tổng dung lượng kVA 89.086,5 80.048,5 169.135 4 Dung lượng TBA 35kV kVA 68.791,5 63.777,5 132.569 5 Dung lượng TBA 22kV kVA 20.295 16.271 36.566 VI MBA tự ngẫu AT 35 Trạm 2 2 kVA 12.000 12.000 VI.1 Dung lượng Tụ bù Điểm đặt Tổng dung lượng kVAr Trung áp 22kV Điểm đặt Dung lượng kVAr Trung áp 35kV Điểm đặt Dung lượng kVAr Hạ áp Điểm đặt Dung lượng kVAr VIII Máy cắt Recloser Máy VII 1 2 3 IX Tủ RMU 24kV Tủ X Chỉ báo sự cố Điểm đặt Tổng 1.766,37 357 10 367 32.320 597 32.917 4 4.0 3,000 3,000.0 17 17.0 9,600.0 9,600.0 335.0 10.0 348.0 14.720 597.0 15,007.0 59.0 51 59.0 4 12.0 55 12.0 (Nguồn: Công ty Điện lực Bắc Kạn 2018) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 1.2.2 Tình hình vận hành hệ thống lưới phân phối Các đường dây trung áp trên địa bàn tỉnh Bắc Kạn tiết diện đường trục chủ yếu là AC95. Hiện tại, chưa có tuyến nào bị quá tải. Một số tuyến có chiều dài đường trục lớn (lộ 371, lộ 373 trạm 110 kV Bắc Kạn) nên tổn thất cao. Nhìn chung độ tin cậy cung cấp điện chưa tốt do lưới vận hành chủ yếu là hình tia, độc đạo nên ít có khả năng hỗ trợ cung cấp điện. Tổng hợp hiện trạng mang tải các tuyến đường dây trung áp trong bảng 1.4. Bảng 1.4 Mang tải các tuyến đường dây trung áp STT Tên đường dây Loại dây Chiều Mang tải Mang dài (MW) tải (km) Pmax Ptb % U A (%) (%) 1 Lộ 371 AC50, 70, 95 555,5 6,7 5,0 40,2 5,43 8,33 2 Lộ 372 AC50, 70, 95 42,4 2,5 1,0 10,3 1,83 2,53 3 Lộ 373 AC50, 70, 95 380,0 3,7 2,1 17,6 4,83 6,59 4 Lộ 374 AC120 45,4 10,5 9,0 49,0 3,53 3,80 5 Lộ 376 AC120 27,2 7,3 4,7 38,5 1,53 3,42 6 Lộ 378 AC120 6,2 0,1 0,1 0,4 1,53 3,42 7 Lộ 471 M120, AC120 13,5 2,5 2,2 25,8 1,48 1,73 8 Lộ 472 M120, AC120 18,1 5,1 4,4 31,3 2,09 2,37 9 Lộ 474 M120, AC120 25,7 5,6 5,1 34,0 1,69 1,74 10 Lộ 371 AC95 107,7 5,5 3,2 26,0 2,64 3,14 11 Lộ 373 AC95 73,6 1,8 1,5 8,4 2,94 3,35 12 Lộ 375 AC120 52,6 3,9 3,2 18,5 2,14 2,66 13 Lộ 377 AC70 33,1 0,6 0,5 2,7 2,04 2,30 14 Lộ 379 AC120 34,4 1,6 1,0 7,5 1,74 1,85 (Nguồn: Công ty điện lực Bắc Kạn 2018) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 1.2.3 Tình hình vận hành lưới phân phối lộ 371, trạm E26.1 Đường dây 35kV lộ 371, E26.1 có tổng chiều dài 555,5km, trong đó đường dây trục chính (tính từ trạm 110kV Bắc Kạn đến TBA Khau Bang, xã Bằng Thành, huyện Pắc Nặm) 105,1km, các nhánh rẽ 602,1km dây dẫn chủ yếu sử dụng dây nhôm lõi thép có tiết diện 120mm2, 95mm2, 70mm2, 50mm2 Hiện tại đường dây đang cấp điện cho phụ tải toàn huyện Pác Nặm, huyện Ngân Sơn, phần lớn phụ tải các xã của huyện Ba Bể và một số xã của huyện Bạch Thông (các xã Nguyên Phúc, Cẩm Giàng, Sỹ Bình, Vũ Muộn, Cao Sơn, Phương Linh, Tú Trĩ, Vị Hương và Thị trấn Phủ Thông). Lộ đường dây được kết nối mạch vòng cấp điện hỗ trợ với lộ 371, E26.2, lộ 373, 376 E26.1. Tổng hợp khối lượng vận hành đường dây trung áp lộ 371, E26.1 trong bảng 1.5. Bảng 1.5 Tổng hợp khối lượng vận hành đường dây trung áp lộ 371, E26.1 Số TT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Nội dung Đường dây trung áp ĐDK Cáp ngầm Đường dây hạ áp ĐDK Cáp ngầm TBA 35kV/0,4kV Dung lượng TBA 35kV/0,4kV Dung lượng TBA tự ngẫu AT 35 Dung lượng Tụ bù trung áp 35kV Dung lượng Tụ bù hạ thế 0,4kV Dung lượng Trạm cắt Recloser Cầu dao 35kV Đơn vị km km km km km km Trạm kVA Trạm kVA Trạm kVA Điểm đặt kVAr Điểm đặt kVAr Trạm Bộ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN Số lượng Ghi chú 707,2 704,6 2,6 859,7 859,7 368,0 36.135,5 368,0 36.135,5 2,0 12.000,0 3,0 1.650,0 89,0 2.970,0 26,0 122,0 http://lrc.tnu.edu.vn 1.3 Một số tồn tại và các phương pháp nâng cao chất lượng điện năng cho lưới phân phối lộ 371, trạm E26.1 đã thực hiện 1.3.1 Các tồn tại trong việc nâng cao chất lượng điện năng Thông qua các thông số vận hành của nguồn và lưới điện phân phối trên địa bàn tỉnh Bắc Kạn được cập nhật chi tiết ta nhận thấy mặc dù Công ty Điện lực Bắc Kạn thực hiện nhiều biện pháp nâng cao hệ số công suất truyền tải cho lộ đường dây 371, E26.1 như điều chuyển, hoán đổi các MBA cho phù hợp công suất, lắp đặt các bộ tụ bù tĩnh, bù động có cấp và vô cấp, năm 2018 thực hiện chương trình lắp đặt thử nghiệm MBA tự ngẫu cho 02 đường dây trung thế 35kV có chiều dài lớn nhằm nâng cao chất lượng điện áp truyền tải và giảm tổn thất điện năng cho đường dây. Tuy nhiên các biện pháp nêu trên còn có những nhược điểm chưa tối ưu được việc nâng cao hệ số công suất như: - Phương pháp nâng cao chất lượng điện năng bằng bù tĩnh thường xảy ra việc bù thừa hoặc bù thiếu; - Phương pháp nâng cao chất lượng điện năng bằng phương pháp lắp đặt MBA tự ngẫu chi phí đầu tư cao, vận hành phức tạp và chưa nâng cao được hệ số công suất truyền tải. 1.3.2 Các phương pháp bù công suất phản kháng nâng cao hệ số công suất đã thực hiện (a) Các phương pháp bù CSPK nâng cao hệ số CS truyền thống  Phương pháp nâng cao hệ số cos tự nhiên Nâng cao cosφ tự nhiên có nghĩa là tìm các biện pháp để hộ tiêu thụ điện giảm bớt được lượng CSPK mà chúng cần có ở nguồn cung cấp. Thay những động cơ không đồng bộ làm việc non tải bằng những động cơ có công suất nhỏ hơn: Khi làm việc bình thường động cơ tiêu thụ công suất phản kháng: 2 𝑄 = 𝑄𝑘𝑡 + ∆𝑄đ𝑚 𝑘𝑝𝑡 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN (2.1) http://lrc.tnu.edu.vn