Tài liệu Nghiên cứu tính toán và lựa chọn cấu trúc hợp lý lưới điện phân phối 22kv huyện sơn hà, tỉnh quảng ngãi

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRẦN TIẾN VŨ C C NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN CẤU TRÚC HỢP LÝ LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 22KV HUYỆN SƠN HÀ, TỈNH QUẢNG NGÃI R L T. DU LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN Đà Nẵng – Năm 2020 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRẦN TIẾN VŨ C C NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN CẤU TRÚC HỢP LÝ LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 22KV HUYỆN SƠN HÀ, TỈNH QUẢNG NGÃI R L T. DU Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 8520201 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. TRẦN VINH TỊNH Đà Nẵng – Năm 2020 C C DU R L T. ii NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN CẤU TRÚC HỢP LÝ LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 22KV HUYỆN SƠN HÀ, TỈNH QUẢNG NGÃI Học viên: Trần Tiến Vũ Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: ………Khóa: K36 Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN Tóm tắt - Hiện nay, khu vực miền Trung nói chung và huyện S n Hà - Quảng Ngãi nói riêng đang vận hành hệ thống lưới điện phân phối 22kV với cấu trúc 3 pha 3 dây. Trên lưới điện phân phối luôn tồn tại sự không đối xứng trong chế độ vận hành, tại điện trở nối đất của trạm nguồn luôn tồn tại điện áp có thể gây nguy hiểm cho con người và tại máy biến áp nguồn luôn bị di điểm trung tính có thể gây nguy hiểm cho thiết bị. Khi xảy ra trường hợp chạm đất một pha tại điểm xa nguồn, thiết bị bảo vệ máy cắt đầu nguồn không tác động, hậu quả rất nguy hiểm cho người và động vật. Bên cạnh đó còn gây quá điện áp và quá dòng điện nên ảnh hưởng lớn đến tuổi thọ của thiết bị điện, đặc biệt đối với những chống sét van lắp đặt xa nguồn thì hư hỏng khá phổ biến. Đề tài này nghiên cứu sự thay đổi giá trị của dòng điện chạm đất, quá điện áp tạm thời mà chống sét van phải chịu đựng và độ nhạy của bảo vệ r le khi cấu trúc lưới điện, điện trở suất của đất và chiều dài đường dây thay đổi. ập bảng số liệu để đánh giá kết quả làm c sở cho việc tổng hợp để so sánh và đánh giá các chỉ tiêu kỹ thuật của từng loại cấu trúc. Từ đó đưa ra đề xuất về lựa chọn loại cấu trúc hợp lý, nhằm mục đích phục vụ cho công tác quản lý vận hành, qui hoạch và thiết kế xây dựng công trình ĐPP 22kV tại huyện S n Hà - Quảng Ngãi C C R L T. Từ khóa – Nghiên cứu; tính toán; cấu trúc hợp lý; lưới điện phân phối 22kv DU REASONABLE STRUCTURE CHOICE CALCULATION RESEARCH STRUCTURE OF THE 22KV DISTRIBUTION GRID IN SON HA DISTRICT, QUANG NGAI PROVINCE Abstract - Currently, the Central region in general and Son Ha - Quang Ngai district in particular are operating the 22kV distribution grid with 3-phase and 3-wire structure. The distribution grid always exists an asymmetry in its operating mode. There is always a voltage that can endanger people at the grounding resistance of the source station. And at the source transformer, the neutral point can move, which may cause danger to the device. When a one-phase grounding occurs at a point far from the source, the watershed protection device does not operate, which results in the serious danger for humans and animals. In addition, It also causes overvoltage and overcurrent, which greatly affects the longevity of electrical equipment, especially the damage is quite common for lightning arrester installed far from the source. This topic investigates the change of the value of the grounding current, temporary overvoltages that the lightning arrester must suffer from and This topic also investigates the sensitivity of relay protection when the grid structure, soil resistivity and the length of the wire change. Making a data table of evaluating the results is a basis for the synthesis so that we can compare and evaluate the technical indicators of each type of structure and propose to choose a suitable type of structure, which aims to serve the operation management, planning and construction design and renovation of 22kV LED installation in Son Ha district - Quang Ngai. Key words – Research; Calculate; Reasonable structure; 22kv distribution grid iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ...........................................................................................................i TÓM TẮT .................................................................................................................... ii MỤC LỤC .................................................................................................................... iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ...........................................................................v DANH MỤC CÁC BẢNG........................................................................................... vi DANH MỤC CÁC HÌNH .......................................................................................... vii MỞ ĐẦU.........................................................................................................................1 1. ý do chọn đề tài...................................................................................................1 2. Mục đích nghiên cứu.............................................................................................2 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ........................................................................2 4. Phư ng pháp nghiên cứu ......................................................................................3 5. Ý nghĩa của đề tài .................................................................................................3 6. Đặt tên cho đề tài ..................................................................................................3 7. Bố cục luận văn .....................................................................................................3 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI ....................................5 1.1. Cấu trúc lưới điện phân phối ....................................................................................5 1.1.1. S lược cấu trúc lưới điện phân phối ..............................................................5 1.1.2. Kết cấu lưới điện phân phối ............................................................................5 1.2. Các dạng cấu trúc lưới điện phân phối .....................................................................5 1.2.1. Các đặc điểm cấu trúc ĐPP theo chuẩn Bắc Mỹ ..........................................6 1.2.2. Các đặc điểm cấu trúc ĐPP theo chuẩn Châu Âu ........................................6 1.2.3. Ưu nhược điểm của các cấu trúc ĐPP ..........................................................6 1.3. Các chế độ nối đất của lưới điện phân phối .............................................................8 1.3.1. Khái niệm chung về nối đất cho ĐD và TBA .................................................8 1.3.2. Nối đất đất an toàn cho ĐD và TBA ...............................................................9 1.3.3. Nối đất làm việc cho ĐD và TBA.................................................................14 1.3.4. Nối đất chống sét cho TBA...........................................................................14 1.4. Hiện trạng cấu trúc lưới điện phân phối 22KV ở Việt Nam ..................................16 1.5. Kết luận...................................................................................................................17 C C R L T. DU CHƢƠNG 2. ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ ĐẾN NỐI ĐẤT HIỆU QUẢ LƢỚI 22KV ..................................................................................................................18 2.1. Hệ thống nối đất hiệu quả .......................................................................................18 2.2. Ảnh hưởng của cấu trúc lưới điện đến tính hiệu quả nối đất hệ thống ..................19 2.3. Ảnh hưởng của dây trung tính trong mạng nối đất hiệu quả ..................................21 2.4. Ảnh hưởng của điện trở suất trong đất ...................................................................22 iv 2.5. Quá điện áp và quá dòng điện khi NMMP trong lưới 22KV .................................24 2.5.1. Ngắn mạch một pha N(1) ...............................................................................25 2.5.2. Ngắn mạch hai pha chạm đất N(1,1) ...............................................................26 2.6. Kết luận...................................................................................................................29 CHƢƠNG 3. TỔNG TRỞ HỆ THỐNG VÀ GIỚI THIỆU PHẦN MỀM PSS/ADEPT ..................................................................................................................30 3.1. Tổng trở hệ thống quy đổi về thanh cái 22KV .......................................................30 3.2. Tổng trở máy biến áp..............................................................................................31 3.2.1. MBA hai cuộn dây ........................................................................................31 3.2.2. MBA ba cuộn dây .........................................................................................32 3.3. Tổng trở đường dây trên không ..............................................................................33 3.4. Ứng dụng phần mềm PSS/ADEPT tính toán ngắn mạch ĐPP 22KV .................35 3.4.1. Giới thiệu về phần mềm PSS/ADEPT ..........................................................35 3.4.2. Thông số đầu vào của PSS/ADEPT ..............................................................35 C C CHƢƠNG 4. TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN CẤU TRÚC HỢP LÝ LĐPP 22KV HUYỆN SƠN HÀ – QUẢNG NGÃI ...............................................................43 4.1. Tính toán ngắn mạch 1 pha chạm đất .....................................................................43 4.1.1. Mối quan hệ giữa các tỷ số R0/X1, X0/X1 và chiều dài đường dây với các cấu trúc lưới khác nhau..................................................................................................43 4.1.2. Mối quan hệ giữa các tỷ số R0/X1, X0/X1 và chiều dài đường dây với các cấu trúc lưới khác nhau khi điện trở suất của đất thay đổi ............................................46 4.1.3. Khảo sát quá điện áp và quá dòng điện khi xảy ra NMMP với các cấu trúc lưới khác nhau ........................................................................................................50 4.1.4. Bảo vệ chống chạm đất ĐPP 22kV ............................................................55 4.2. Tính toán, lựa chọn cấu trúc ĐPP 22KV S n Hà - Quảng Ngãi..........................59 4.2.1. Tính tổn thất công suất ..................................................................................61 4.2.2. Tính tổn thất điện áp .....................................................................................64 4.2.3. Kiểm tra độ nhạy của bảo vệ r le .................................................................65 4.2.4. Quá điện áp và quá dòng điện .......................................................................67 4.2.5. Quá điện áp tạm thời mà chống sét van chịu đựng .......................................68 4.3. Xây dựng bảng số liệu lựa chọn cấu trúc hợp lý cho lưới điện S n Hà - Quảng Ngãi ...............................................................................................................................69 4.4. Kết luận...................................................................................................................76 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .....................................................................................78 R L T. DU DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (Bản sao) v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT CĐVH DCL DĐNM DĐTV ĐD ĐDK ĐTCCCĐ ĐTNĐ HTĐ KĐX ĐPP MBA MFĐ NĐHQ NĐ NM NMMP NĐTT SĐĐ TBA TBĐ TĐ TPĐX TTK TTT TTN Chế độ vận hành Dao cách ly Dong điện ngắn mạch Dòng điện trở về Đường dây Đường dây trên không Độ tin cậy cung cấp điện Điện trở nối đất Hệ thống điện Không đối xứng ưới điện phân phối Máy biến áp Máy phát điện Nối đất hiệu quả Nối đất lặp lại Ngắn mạch Ngắn mạch một pha Nối đất trực tiếp Sức điện động Trạm biến áp Thiết bị điện Tự động đóng lặp lại Thành phần đối xứng Thứ tự không Thứ tự thuận Thứ tự nghịch DU R L T. C C vi DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu bảng Tên bảng Trang 1.1. Hệ số tắt dần Df ở tần số f= 50hz 11 1.2. Chiều dài giới hạn lgh điện cực nối đất đặt nằm ngang để αxk<1 15 1.3. Hệ số xung kích trong các trường hợp điện trở suất khác nhau 16 2.1. Điện trở suất của các loại đất khác nhau (ρđ, Ω/km ) 23 2.2. Hệ số hiệu chỉnh tăng cao điện trở suất của đất (km) 24 3.1. Tổng trở các TPĐX của ĐDK 22kV (Ω/km). 34 4.1. Dòng điện ICĐ, UTOV và tỷ số TPĐX khi nối đất hiệu quả 51 4.2. Quá điện áp và quá dòng điện với các cấu trúc lưới khác nhau. 51 4.3. Quá điện áp tạm thời mà chống sét van chịu đựng 52 4.4. Độ nhạy của bảo vệ r le với từng loại cấu trúc lưới. 58 4.5. Chiều dài đường dây cấp điện hiệu quả của các loại cấu trúc 59 4.6. Tổn thất công suất mạng 22kV - S n Hà 61 4.7. Tổn thất điện áp mạng 22kV – S n Hà 64 4.8. Độ nhạy của bảo vệ r le với từng loại cấu trúc lưới. 65 4.9. Quá điện áp và quá dòng điện với các cấu trúc lưới khác nhau. 67 4.10. Quá điện áp tạm thời mà chống sét van chịu đựng 68 4.11. Kết quả tính toán tiêu chuẩn kỹ thuật, dây AC-70. 69 4.12. Kết quả tính toán tiêu chuẩn kỹ thuật, dây AC-95 73 4.13. Kết quả tính toán tiêu chuẩn kỹ thuật, dây AC-120 74 4.14. Kết quả tính toán tiêu chuẩn kỹ thuật, dây AC-185 75 4.15. Bảng số liệu lựa chọn cấu trúc lưới điện huyện S n Hà 76 C C R L T. DU vii DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu hình Tên hình Trang 1.1. ĐPP Bắc Mỹ 6 1.2. ĐPP Châu Âu 6 1.3. S đồ thay thế của trang bị nối đất 8 1.4. Dòng điện đi qua c thể người khi có tiếp xúc gián tiếp với nguồn điện 9 1.5. Điện trở người khi tính Utx 10 1.6. Điện trở người khi tính Ub 12 1.7. Phễu điện thế 13 2.1. S đồ NMMP chạm đất mạng trung tính NĐHQ 19 2.2. Biểu diễn điện áp UA theo điện áp pha và điện áp dây khi NMMP 20 2.3. Biểu diễn điện áp UB theo điện áp pha và điện áp dây khi NMMP 20 2.4. Mô hình điện trở suất của đất 23 2.5. Điện trở suất của đất sét theo độ ẩm 23 2.6. C C R L T. DU ĐPP và s đồ thay thế Ce(1), Ce(1,1) 25 (1) (1,1) 2.7. Quan hệ giữa 3.1. S đồ thay thế MBA 2 cuộn dây 31 3.2. S đồ thay thế của MBA 3 cuộn dây 32 3.3. S đồ thay thế TTK của MBA có tổ đấu dây YNdyn 33 3.4. Khoảng cách trung bình hình học của đư ng dây 22kV 33 3.5. C a sổ nhập thông số nguồn trên PSS/ADEPT 36 3.6. Các loại MBA 1 pha 37 3.7. C a sổ nhập thông số máy biến áp trên PSS/ADEPT 38 3.8. Các dạng cấu trúc ĐPP 22kV 3 pha 3 dây và 3 pha 4 dây. 39 3.9. Thông số dạng cấu trúc ĐPP 22kV 3 pha 4 dây 39 3.10. Kết quả tính toán tổng trở các thành phần thứ tự. 40 3.11. C a sổ nhập thông số đường dây trên PSS/ADEPT 41 3.12. Nhập thông số phụ tải điện cho từng pha 42 3.13. Nhập thông số phụ tải điện cả 3 pha 42 4.1. Tỷ số R0/X1 theo chiều dài ĐDK khi ρđất = 100Ωm 44 và IN /IN theo tỷ số X0/X1 28 viii Số hiệu hình Tên hình Trang 4.2. Tỷ số X0/X1 theo chiều dài ĐDK khi ρđất = 100Ωm 44 4.3. Tỷ số R0/X1 theo chiều dài ĐDK khi ρđất = 100Ωm 45 4.4. Tỷ số X0/X1 theo chiều dài ĐDK khi ρđất = 100Ωm 45 4.5. Tỷ số R0/X1 theo chiều dài ĐDK 3AC-95 46 4.6. Tỷ số X0/X1 theo chiều dài ĐDK 3AC-95 47 4.7. Tỷ số R0/X1 theo chiều dài ĐDK 3AC-185 48 4.8. Tỷ số X0/X1 theo chiều dài ĐDK 3AC-185 49 4.9. Đặc tính UTOV-3f-3d với cấu trúc 3 pha 3 dây (3AC-95) 53 4.10. Đặc tính UTOV-3f-4d với cấu trúc 3 pha 4 dây (3AC-95+1AC-70) 54 4.11. Bảo vệ chống chạm đất trên đường dây 55 C C DU R L T. 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Xuất phát từ mục tiêu: - Đảm bảo an toàn, chất lượng và độ tin cậy cung cấp điện. - Nâng cao chất lượng quản lý vận hành và phát huy tính hiệu quả kinh tế trong đầu tư xây dựng các công trình điện. Bộ Năng lượng (nay là Bộ Công thư ng) ban hành Quyết định số 1867 N /KHKT vào ngày 12/9/1994 về quy định các tiêu chuẩn kỹ thuật cấp điện áp trung thế [17] tạo tiền đề cho việc phát triển ĐPP 22kV. Theo [17]: + Mạng 22kV có trung tính trực tiếp nối đất (nối đất hiệu quả). + Mạng 22kV có thể có 3 pha 3 dây (s dụng đất làm dây trung tính) hoặc 3 pha 4 dây (dây trung tính riêng hoặc s dụng chung dây trung tính của đường dây hạ thế). + Đối với các lưới điện xây dựng mới phải thiết kế theo tiêu chuẩn cấp điện áp 22kV. + Đối với lưới điện cũ phải cải tạo dần sang cấp điện áp 22kV. Nhưng trong Quyết định số 1867 N /KHKT của Bộ Năng lượng lại không quy định rõ cấu trúc ĐPP 22kV và hướng dẫn áp dụng cụ thể, do đó đã không thống nhất về cấu trúc ĐPP 22kV giữa các vùng miền. ĐPP 22kV ở miền Nam s dụng cấu trúc lưới 3 pha 4 dây, còn miền Trung và miền Bắc s dụng cấu trúc lưới 3 pha 3 dây. Khi đó ĐPP miền Trung nói chung và ĐPP ở Quảng Ngãi nói riêng đang vận hành với cấu trúc lưới 3 pha 3 dây, chiều dài cấp điện của ĐPP dài hàng chục kilômét, trong đó có một số tuyến đường dây dài trên 50km. Vận hành lưới điện thực tế đã cho thấy: - Trên ĐPP luôn tồn tại sự KĐX trong CĐVH bình thường vì gồm phụ tải 1 pha và 3 pha, vì vậy sẽ xuất hiện dòng điện TTK trở về nguồn qua điện trở nối đất và điểm trung tính của MBA nguồn 22kV, cho nên tại điện trở nối đất của trạm nguồn luôn tồn tại điện áp có thể gây nguy hiểm cho con người và tại MBA nguồn luôn bị di điểm trung tính có thể gây nguy hiểm cho thiết bị. - Đối với những trạm ở vùng có điện trở suất của đất lớn, đặc biệt là các vùng đồi núi, ĐTNĐ của TBA nguồn 110/22kV theo tiêu chuẩn kỹ thuật phải nhỏ h n 0,5Ω- để x lý vấn đề này hết sức khó khăn. - Nhiều khi xảy ra trường hợp chạm đất một pha tại điểm xa nguồn, thiết bị bảo vệ máy cắt đầu nguồn không tác động, hậu quả rất nguy hiểm cho người và động vật. C C DU R L T. 2 Bên cạnh đó còn gây quá điện áp và quá dòng điện nên ảnh hưởng lớn đến tuổi thọ của thiết bị điện, đặc biệt đối với những CSV lắp đặt xa nguồn thì hư hỏng khá phổ biến. Vì vậy để đảm bảo vận hành đường dây luôn an toàn, liên tục và tin cậy trong các chế độ vận hành, ta cần quan tâm lựa chọn cấu trúc lưới điện sao cho hợp lý, hoặc tính toán chiều dài đường dây cấp điện tối ưu của lưới điện phân phối để xác định vị trí lắp đặt thêm các thiết bị bảo vệ phân đoạn để đảm bảo an toàn khi xảy ra sự cố chạm đất ở xa nguồn. Để giải quyết vấn đề trên, đề tài này nghiên cứu tính toán và lựa chọn cấu trúc hợp lý lưới điện phân phối 22kV, so sánh tính tối ưu của hai loại cấu trúc lưới 3 pha 3 dây và 3 pha 4 dây. Để từ đó áp dụng cho lưới điện phân phối khu vực miền Trung nói chung và cụ thể cho lưới điện phân phối huyện S n Hà - Quảng Ngãi nói riêng. Từ đó làm c sở khoa học để đưa ra đề xuất xây dựng và cải tạo lưới điện hiện tại để nâng cao tính hiệu quả trong việc đầu tư xây dựng và vận hành hệ thống điện. C C 2. Mục đích nghiên cứu Đề tài này nghiên cứu sự thay đổi giá trị của dòng điện chạm đất, quá điện áp tạm thời mà chống sét van phải chịu đựng và độ nhạy của bảo vệ r le khi cấu trúc lưới điện, điện trở suất của đất và chiều dài đường dây thay đổi. ập bảng số liệu để đánh giá kết quả và lựa chọn cấu trúc hợp lý lưới điện phân phối 22kV dựa trên các tiêu chuẩn kỹ thuật về NĐHQ. Từ đó làm c sở cho việc thiết kế, xây dựng và cải tạo cấu trúc công trình ĐPP 22kV tại huyện S n Hà - Quảng Ngãi. R L T. DU 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của đề tài là lưới điện phân phối 22kV trung tính trực tiếp nối đất ở khu vực miền Trung và huyện S n Hà - Quảng Ngãi. Phạm vi nghiên cứu: - Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố đến chỉ tiêu kỹ thuật về yêu cầu NĐHQ. - Xác định được chiều dài đường dây cấp điện tối ưu của ĐPP 22kV ở khu vực miền Trung khi s dụng cấu trúc 3 pha 3 dây hoặc 3 pha 4 dây. - Kiểm tra và đánh giá tính tối ưu của ĐPP 22kV huyện S n Hà - Quảng Ngãi đang trong chế độ vận hành dựa trên các tiêu chuẩn kỹ thuật. Từ đó đưa ra một số giải pháp để nâng cao tính hiệu quả trong việc đầu tư cải tạo, xây dựng và vận hành hệ thống ĐPP ở đây. - Tổng hợp kết quả, lập bảng số liệu lựa chọn cấu trúc hợp lý 3 pha 3 dây hoặc 3 pha 4 dây cho ĐPP 22kV nhằm phục vụ công tác quản lý vận hành, qui hoạch và thiết kế xây dựng công trình ĐPP 22kV tại huyện S n Hà - Quảng Ngãi. 3 4. Phƣơng pháp nghiên cứu - S dụng phần mềm PSS/ADEPT để mô phỏng, tính toán ngắn mạch một pha, ngắn mạch hai pha chạm đất, ngắn mạch 3 pha. - Tính toán, xác định giá trị của các tỷ số X0/X1, R0/R1, dòng điện ngắn mạch,... tại các nút trên đường dây. - ập bảng so sánh kết quả tính toán với các tiêu chuẩn kỹ thuật về NĐHQ, tìm ra tính tối ưu của từng loại cấu trúc. 5. Ý nghĩa của đề tài Ý nghĩa khoa học - Nghiên cứu các dạng cấu trúc lưới điện trên thế giới, đặc điểm của từng loại cấu trúc, so sánh được ưu nhược điểm giữa hai loại cấu trúc này. - Nghiên cứu được một số yếu tố ảnh hưởng đến việc NĐHQ trong ĐPP 22kV tại khu vực miền Trung nói chung và ĐPP 22kV tại huyện S n Hà - Quảng Ngãi nói riêng. - Ứng dụng phần mềm PSS/ADEPT vào việc mô phỏng, tính toán trong ĐPP 22kV. C C R L T. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài - Hiện nay, khu vực miền Trung nói chung và huyện S n Hà - Quảng Ngãi nói riêng đang dự kiến cải tạo và xây dựng phát triển thêm hệ thống ĐPP 22kV. Việc ứng dụng chư ng trình PSS/ADEPT tính toán ĐPP 22kV với hai loại cấu trúc lưới 3 pha 3 dây và 3 pha 4 dây, làm c sở cho việc tổng hợp các kết quả tính toán để so sánh và đánh giá các chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của từng loại cấu trúc, đưa ra kết luận về cấu trúc hợp lý cho từng tuyến. - Từ đó đưa ra đề xuất về lựa chọn loại cấu trúc hợp lý, nhằm mục đích phục vụ cho công tác quản lý vận hành, qui hoạch và thiết kế xây dựng công trình ĐPP 22kV tại huyện S n Hà - Quảng Ngãi. DU 6. Đặt tên cho đề tài Với nhiệm vụ, mục tiêu và đối tượng nghiên cứu như trên, đề tài được đặt tên là: “Nghiên cứu tính toán và lựa chọn cấu trúc hợp lý lưới điện phân phối 22kV huyện Sơn Hà, tỉnh Quảng Ngãi” 7. Bố cục luận văn MỞ ĐẦU Chư ng 1: TỔNG QUAN VỀ ƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI Chư ng 2: ẢNH HƯỞNG C A C C Y U TỐ Đ N NỐI ĐẤT HIỆU QUẢ ƯỚI 22KV. 4 Chư ng 3: TỔNG TRỞ HỆ THỐNG VÀ GIỚI THIỆU PHẦN MỀM PSS/ADEST Chư ng 4: T NH TO N VÀ A CH N CẤU TR C H P Ý ĐPP 22KV HUYỆN SƠN HÀ – QUẢNG NGÃI C C DU R L T. 5 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 1.1. Cấu trúc lƣới điện phân phối 1.1.1. Sơ lược cấu trúc lưới điện phân phối LĐPP có nhiệm vụ nhận điện từ trạm biến áp ở cấp điện áp cao có U=110220kV để biến đổi thành cấp trung áp U = 6-35kV và truyền tải điện năng qua mạng lưới điện trung áp đến các trạm biến áp phụ tải 22/0,4kV hoặc 6-35/0,4kV cấp điện trực tiếp cho khách hàng s dụng điện. - Khu vực thành phố, khu công nghiệp: ưới điện được thiết kế theo dạng lưới điện kín vận hành hở đảm bảo cấp điện từ hai nguồn nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp điện. ưới điện là tập hợp các xuất tuyến được liên lạc với nhau qua các thiết bị phân đoạn có thể là dao cách ly cắt có tải ( BS), hoặc máy cắt (CB). Tại đầu nhánh rẽ có thể lắp đặt cầu chì tự r i hoặc cầu rẽ bằng kẹp cách điện. - Khu vực nông thôn: Có mật độ phụ tải thấp chủ yếu dùng ánh sáng sinh hoạt, lưới điện được thiết kế theo dạng hình tia có phân đoạn. Thiết bị phân đoạn thường dùng là dao cách ly cắt có tải ( BS), hoặc dao cách ly thông thường hoặc cầu chì tự r i tùy theo tính chất và yêu cầu phụ tải. 1.1.2. Kết cấu lưới điện phân phối 1.1.2.1. Khái niệm chung Kết cấu ĐPP bao gồm kết cấu đường dây tải điện trên không, đường dây cáp ngầm và các trạm biến áp phụ tải. C C R L T. DU 1.1.2.2. Đường dây tải điện trên không Ngày 12/9/1994 Bộ năng lượng có quyết định số 1867/N -KHKT quy định lưới điện trung áp Việt Nam sẽ chuyển đổi về một cấp điện áp 22kV. 1.1.2.3. Đường dây cáp ngầm Đường dây cáp ngầm chỉ được s dụng tại các vị trí quan trọng, vốn đầu tư lớn từ 2 đến 2,5 lần so với đường dây trên không. 1.2. Các dạng cấu trúc lƣới điện phân phối Hiện nay, ĐPP được s dụng ở mỗi nước theo mỗi cấu trúc khác nhau. Nhưng chủ yếu theo hai dạng cấu trúc ĐPP chuẩn của Châu Âu và Bắc Mỹ [6]. Hai cấu trúc này có điểm giống nhau: dây dẫn, cáp, cách điện, chống sét, MBA; cấu trúc lưới đều theo dạng hình tia, điện áp và khả năng cung cấp và truyền tải điện là phù hợp và đảm bảo yêu cầu của các hộ phụ tải. Trong đó, điểm khác nhau c bản giữa hai cấu trúc lưới Bắc Mỹ và Châu Âu là s đồ, cấu hình cấp điện và ứng dụng khác nhau. 6 Hình 1.1. LĐPP Bắc Mỹ C C Hình 1.2. LĐPP Châu Âu R L T. Cấu trúc ĐPP theo chuẩn Bắc Mỹ được áp dụng ở các nước như: Nhật, Mỹ.... . và cấu trúc ĐPP theo chuẩn Châu Âu được áp dụng ở các nước như: Pháp, Đức.... DU 1.2.1. Các đặc điểm cấu trúc LĐPP theo chuẩn Bắc Mỹ Cấp điện áp thông thường 6, 10, 15 kV. ĐPP có cấu trúc 3 pha 4 dây, trung tính trực tiếp nối đất. (hình 1.1) Phụ tải s dụng loại MBA 1 pha. Trường hợp yêu cầu cung cấp điện cho phụ tải 3 pha thì s dụng tổ hợp ba MBA 1 pha thành TBA 3 pha. Phụ tải trên một MBA là nhỏ, và công suất chỉ khoảng từ 5-50kVA. Cấp điện áp phía hạ thế là 120/240V, bán kính cấp điện 50-80mét. 1.2.2. Các đặc điểm cấu trúc LĐPP theo chuẩn Châu Âu Cấp điện áp thông thường 6, 10, 15, 20kV. ĐPP có cấu trúc 3 pha 3 dây, trung tính trực tiếp nối đất. (hình 1.2) MBA phụ tải thường s dụng loại 3 pha. Cũng có một số trường hợp s dụng MBA 1 pha (điện áp dây) nhưng số lượng gần như rất hạn chế. Phụ tải trên một MBA là lớn, công suất MBA phụ tải 3 pha thường từ 100-1000kVA. Cấp điện áp phía hạ thế là 220, 230 hoặc 240V, lớn h n cấp điện áp hạ thế ĐPP theo cấu trúc Bắc Mỹ. 1.2.3. Ưu nhược điểm của các cấu trúc LĐPP Với mỗi cấu trúc ĐPP đều có ưu, nhược điểm, để có c sở đề xuất lựa chọn cấu trúc hợp lý ĐPP 22kV ở Việt Nam, ta so sánh các điểm sau [4]: 7 1.2.3.1. Về vốn đầu tư Nhìn chung, thiết kế ĐPP theo chuẩn Bắc Mỹ có chi phí thấp h n ĐPP theo chuẩn Châu Âu. Nhưng thực tế khi xây dựng ĐPP thì còn có nhiều yếu tố tác động nên khó để so sánh cụ thể từng hạng mục công trình giữa 2 cấu trúc lưới điện với nhau. 1.2.3.2. An toàn trong vận hành ĐPP chuẩn Bắc Mỹ: Ngăn ngừa được mối nguy hiểm điện áp tiếp xúc khi có sự cố. Hiệu quả an toàn cao h n, độ tin cậy về bảo vệ khi có sự cố cao. Tuy nhiên ĐPP chuẩn Châu Âu: Khi có sự cố chạm đất thì trở kháng trong trường hợp này cao nên thuận lợi h n cho việc phát hiện điểm sự cố. 1.2.3.3. Độ tin cậy cung cấp điện Do số lượng khách hàng được cung cấp từ một TBA phụ tải 3 pha lớn h n nhiều so với TBA phụ tải 1 pha, theo tính toán mô phỏng của Nguyen et. (2000) thực hiện trên 2 dạng cấu trúc lưới phân phối Châu Âu và Bắc Mỹ đưa ra số liệu: tần suất trung bình mất điện ở lưới điện thiết kế theo chuẩn Châu Âu cao h n 35% so với lưới điện thiết kế theo chuẩn Bắc Mỹ. Vì vậy, để đảm bảo cùng mức độ tin cậy cung cấp điện thì ĐPP chuẩn Châu Âu cần nhiều thiết bị đóng cắt h n. C C R L T. DU 1.2.3.4. Chất lượng điện năng Lưới điện hạ thế theo thiết kế chuẩn Châu Âu có chiều dài cấp điện lớn, tổn thất điện năng lớn. Theo kết quả tính toán, có những trường hợp khi thay đổi giải pháp cấp điện TBA 3 pha bằng các TBA 1 pha thì tổn thất điện năng trên phần lưới hạ thế giảm đến khoảng 20-50%. 1.2.3.5. Tính linh hoạt trong vận hành ĐPP chuẩn Bắc Mỹ với kết cấu lưới s dụng MBA 1 pha, số lượng MBA dự phòng trong vận hành là ít nhất, việc x lý sự cố, thay thế nhanh gọn nên thời gian mất điện của phụ tải cũng ít nhất so với ĐPP theo chuẩn Châu Âu. 1.2.3.6. Hành lang lưới điện Lưới điện chuẩn Bắc Mỹ có thuận lợi với những khu vực đông dân cư, hành lang hẹp có thể s dụng các nhánh rẽ 1 pha đi sâu vào khu vực phụ tải. Thuận lợi cho việc xây dựng các TBA 1 pha có công suất nhỏ, diện tích xây dựng trạm cùng chung diện tích móng cột của đường dây. Lưới điện chuẩn Châu Âu do có kết cấu lưới 3 pha 3 dây nên khu vực đông dân cư, không có hành lang thì việc xây dựng đường dây 3 pha rất khó khăn. Ngoài ra, trạm 3 pha có công suất lớn được thiết kế lắp đặt trên 2 cột bê tông hay trên một cột 8 thép lớn nên chiếm nhiều diện tích đất. Làm cho chi phí đền bù giải phóng mặt bằng, hành lang lưới điện tăng lên. 1.3. Các chế độ nối đất của lƣới điện phân phối 1.3.1. Khái niệm chung về nối đất cho ĐD và TBA Trong HTĐ, nối đất cho ĐD và tại các TBA bao gồm nối đất an toàn, nối đất làm việc và nối đất chống sét. Nối đất tại các vị trí cột trên đường dây và tại các TBA thường có dạng kiểu cọc, tia, kết hợp. Điện cực nối đất làm bằng thép hoặc đồng mạ kẽm hoặc nhóm các vật dẫn điện được liên kết với nhau, chôn dưới đất và tiếp xúc trực tiếp với đất. Dây nối đất là dây hoặc thanh dẫn bằng kim loại để nối các bộ phận cần nối đất của TBĐ với điện cực nối đất. S đồ thay thế của trang bị nối đất gồm điện trở tác dụng R và điện cảm của bản thân điện cực, điện trở tản rĐ của điện cực với đất và điện dung C của điện cực đối với điểm có điện thế bằng không. Trong thực tế, có thể bỏ qua điện trở tác dụng R vì R << rĐ, và không xét đến phần điện dung C vì ngay với sóng xung kích thì dòng điện dung cũng rất nhỏ so với dòng điện qua điện trở tản rĐ, nên s đồ thay thế của trang bị nối đất như hình 1.3 [5]. C C R L T. Trong đó: g  DU 1 , với l là chiều dài của điện cực, các tham số , rĐ phụ thuộc rĐ .l vào nhiều yếu tố, tác dụng cũng tùy thuộc vào điều kiện tính toán cụ thể. Khi dòng điện tản đi vào trong đất là dòng điện một chiều hay dòng điện xoay chiều tần số công nghiệp, thì ảnh hưởng của không đáng kể. Nên trang bị nối đất với bất kỳ hình thức nào là thẳng đứng hay nằm ngang cũng đều biểu thi bởi trị số rĐ [3]. Hình 1.3. Sơ đồ thay thế của trang bị nối đất Trang bị nối đất cho TBA được xem là hợp lý khi tìm được cách bố trí tư ng hỗ các điện cực ngang và dọc sao cho với tổng chiều dài điện cực là bao nhiêu để đạt được yêu cầu về giá trị điện trở với chi phí đầu tư là nhỏ nhất. 9 1.3.2. Nối đất đất an toàn cho ĐD và TBA Tai nạn điện giật do tiếp xúc gián tiếp với nguồn điện luôn là nguy c tiềm ẩn. Để hạn chế mối nguy c này nhằm giảm rủi ro và đảm bảo an toàn cho con người khi tiếp xúc gián tiếp với nguồn điện, cần phải thực hiện nối đất an toàn. 1.3.2.1. Nối đất an toàn Nối đất an toàn tại các TBA là nối vỏ các thiết bị điện của TBA vào trang bị nối đất. Việc nối đất này nhằm mục đích làm giảm điện áp xuất hiện trên vỏ kim loại của TBĐ khi nó bị hỏng cách điện, và giảm chênh lệch điện thế trên các trang bị nối đất đặt trên hai chân người đến một giá trị mà con người có thể chịu đựng được. Hệ thống nối đất an toàn dộc lập và không tham gia vào sự làm việc của lưới điện. Hiệu quả của hệ thống nối đất an toàn phụ thuộc vào: loại lưới điện (lưới điện có trung tính nối đất hay cách đất), điện trở mà dòng điện đi qua, đường đi của dòng điện xuống đất, giá trị dòng điện... Tiêu chuẩn để xác định hiệu quả của trang bị nối đất an toàn là điện áp bước Ub và điện áp tiếp xúc Utx [5]. Do vậy cần quan tâm hai chỉ tiêu này để đánh giá việc nối đất an toàn. C C R L T. DU 1.3.2.2. Điện áp tiếp xúc và điện áp bước a. Điện áp tiếp xúc Điện áp đặt trên c thể người khi tiếp xúc gián tiếp với nguồn điện được gọi là điện áp tiếp xúc. Đó chính là hiệu điện thế giữa phần c thể chạm vào nguồn điện (thường là tay người) và chân. Hình 1.4 thể hiện dòng đi qua người khi tiếp xúc gián tiếp với nguồn điện. Hình 1.4. Dòng điện đi qua cơ thể người khi có tiếp xúc gián tiếp với nguồn điện 10 Trong hình 1.4, rcđ, rĐ và RN lần lượt là điện trở cách điện, điện trở của trang bị nối đất được nối vào và điện trở tư ng đư ng của c thể người; ISC, IĐ và IN lần lượt là dòng điện sự cố, dòng điện chạy qua trang bị nối đất và dòng điện chạy qua c thể người; U là điện áp giữa pha xảy ra sự cố và đất. Điện trở tư ng đư ng của mạch điện trong hình 1.4: RTĐ  rCĐ  RN .rĐ rĐ  RN (1.1) Với RN được xác định theo hình 1.5 là: RN  Rng  Rch  Rg (1.2) 2 C C R L T. DU Hình 1.5. Điện trở người khi tính Utx Rch   4 d 2   4.0,08  3. (1.3) Nếu bề mặt nền trạm có rãi đá dăm có điện trở suất là ρS thì: Rch=3.CS.ρS (1.4) Với CS là hệ số quy đổi điện trở suất, được tính toán theo công thức gần đúng của Jackson – Several như sau [9].  1 S C S  1  0,106 (1.5) 0,106  2hS Trong đó: ρS- điện trở suất của đá dăm, thường ρS = 2.000 ÷ 3.000Ωm ρ- điện trở suất tính toán của lớp đất phía bên dưới lớp đá dăm hS- chiều dày lớp đá dăm, thông thường hS= 0,1 ÷ 0,15m. Từ (1.2), (1.4) và (1.5) ta viết lại: 3 RN  1.000  CS . S 2 (1.6)