Đang tải... (xem toàn văn)
Nghiên cứu mối quan hệ giữa vốn đầu tư - độ tin cậy, đề xuất các giải pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện lưới trung áp
Bộ công THNG Tập đoàn điện lực việt nam Viện năng lợng Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp bộ Nghiên cứu mối quan hệ giữa vốn đầu t-độ tin cậy. đề xuất các giải pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện lới điện trung áp Chủ nhiệm đề tài: ThS. Nguyễn Đức Hạnh 7179 17/3/2009 Hà Nội, 11 2008 1 1Mục lục Nội dung Mục lục Danh mục các chữ viết tắt Mở đầu: Chơng I: Tổng quan về lới điện phân phối trung áp 1.1 Giới thiệu tổng quan về lới điện phân phối trung áp 1.2 Các thiết bị đóng cắt trong LĐPPTA 1.3 Phân tích một số cấu hình thờng gặp của LĐPPTA 1.4 Kết luận chơng I Chơng II: Đánh giá độ tin cậy của một số cấu hình lới điện phân phối trung áp 2.1 Đặt vấn đề 2.2 Tính toán kỳ vọng thiếu hụt điện năng trong lới điện trung áp 2.3 Đánh giá độ tin cậy và tính toán kỳ vọng thiếu hụt điện năng của một số cấu hình lới trung áp thờng gặp 2.4 Kết luận chơng II Chơng III: Mối quan hệ giữa vốn đầu t-độ tin cậy lới điện, mô hình tính toán 3.1 Đặt vấn đề 3.2 Mô tả bài toán 3.3 Phơng pháp giải quy hoạch phi tuyến xấp xỉ 3.4 Phơng pháp giải bài toán 3.5 Giới thiệu chơng trình tính toán 3.6 Kết luận chơng III Chơng IV: Tính toán, so sánh các phơng án nâng cao độ tin cậy dựa trên mối quan hệ giữa ĐTC-Vốn đầu t cho một số lới điện cụ thể 4.1 Đặt vấn đề 4.2 Các giả thiết tính toán 4.3 Tính toán cho các lới điện cụ thể 4.4 Kết luận chơng IV Chơng V: Đề xuất các giải pháp nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp điện lới điện trung áp Trang 1 2 3 - 5 7 14 18 19 19 27 35 36 38 41 45 50 53 54 54 56 60 25.1 Các giải pháp nâng cao ĐTC chung cho hệ thống cung cấp điện 5.2 Các giải pháp nâng cao ĐTC cho lới điện phân phối 5.3 Đề xuất một số sơ đồ cung cấp điện điển hình cho các hộ phụ tải 5.4 Kết luận chơng V Kết luận kiến nghị rút ra từ đề tài Tài liệu tham khảo Phụ lục: Bản in chơng trình tính toán 61 64 70 75 76 78 81 Danh mục các chữ viết tắt HTCCĐ LĐPPTA ĐTC MBA TBA Tu Ti TA TBĐC DCL CDPT TĐL TĐD MC DAS SCADA Hệ thống điện cung cấp điện Lới điện phân phối trung áp Độ tin cậy Máy biến áp Trạm biến áp Biến điện áp Biến dòng điện Trung áp Thiết bị đóng cắt Dao cách ly Cầu dao phụ tải Tự động đóng lại Tự động đóng nguồn dự phòng Máy cắt Hệ thống phân phối điện tự động Hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu 3Mở đầu Các thập kỷ trớc, đánh giá về độ tin cậy lới trung áp ít đợc chú ý bằng đánh giá độ tin cậy nguồn điện, lới truyền tải. Lý do cơ bản là xây dựng các nhà máy điện đòi hỏi vốn đầu t rất lớn và thiếu nguồn cũng nh sự cố trên hệ thống truyền tải gây ảnh hởng rất rộng đối với xã nền kinh tế - xã hội. Tuy nhiên việc phân tích các thống kê sự cố khách hàng cho thấy độ tin cậy của lới trung áp ảnh hởng nhiều nhất tới việc mất điện của khách hàng. Ví dụ [13]: theo thống kê của công ty Điện lực ở Anh về thời gian mất điện trung bình hàng năm của lới phân trung áp tỷ lệ 60,7% tổng cộng thời gian mất điện. Mặt khác trong thời gian qua thiệt hại về kinh tế - xã hội là rất lớn do độ tin cậy lới trung áp không đảm bảo ví dụ: Tại Mỹ, trong một năm thiệt hại do mất điện gây ra ớc tính 50 tỷ USD. Công ty Điện lực PG & E phải bồi thờng cho công ty chế biến các sản phẩm nấm CMI với số tiền 5,5 triệu USD do độ tin cậy và chất lợng điện năng không đảm bảo theo hợp đồng (số liệu năm 1995). Đối với các nớc đã hình thành thị trờng điện, khi việc mua bán điện đợc thực hiện theo đúng hợp đồng giữa bên mua và bên bán thì yêu cầu về độ tin cậy, chất lợng điện năng là một yêu cầu chính đáng và đợc những ngời làm công tác kinh doanh điện năng hết sức quan tâm. Cùng với việc gia tăng nhu cầu sử dụng điện, việc sử dụng các thiết bị điện có yêu cầu chất lợng điện năng cao ngày càng gia tăng. Việc nghiên cứu các yếu tố tác động và các giải pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện là vấn đề hết sức cần thiết. Đề tài này bao gồm 5 chơng. Chơng 1: Tổng quan về lới điện phân phối trung áp, trong đó tập trung đi sâu vào các vấn đề: Giới thiệu tổng quan về lới điện phân phối trung áp trong lĩnh vực thiết kế, vận hành, giới thiệu các loại thiết bị đóng cắt, phân tích một số cấu hình thờng gặp của lới phân phối trung áp. Chơng 2: Đánh giá độ tin cậy của một số cấu hình lới điện phân phối bao gồm các vấn đề nh: Tính toán kỳ vọng thiếu hụt điện năng, đánh giá độ tin cậy và tính toán kỳ vọng thiếu hụt điện năng của một số cấu hình lới phân phối trung áp. 4Chơng 3: Nghiên cứu mối quan hệ giữa vốn đầu t-độ tin cậy, mô hình tính toán bao gồm các vấn đề nh: Đa ra phơng pháp luận nghiên cứu mối quan hệ giữa vốn đầu t-độ tin cậy, đề xuất mô hình tính toán và viết phần mềm chơng trình tính toán để xác định vị trí, số lợng, loại thiết bị đóng cắt trên lới điện để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện. Chơng 4: Dựa trên phơng pháp đề xuất ở trên, tính toán, so sánh các phơng án nâng cao độ tin cậy cho một số lới điện cụ thể để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện Chơng 5: Đề xuất các giải pháp nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp điện. Từ đó rút ra các kết luận và kiến nghị. Kết quả nghiên cứu của đề tài làm cơ sở xây dựng chơng trình tính toán xác định vị trí, số lợng, loại thiết bị đóng cắt lắp đặt trên lới phục vụ cho công tác quy hoạch, thiết kế vận hành hệ thống cung cấp điện và đề xuất các giải pháp để nâng cao độ tin cậy cho hệ thống cung cấp điện. 5Chơng I: tổng quan về lới điện phân phối trung áp 1.1 Giới thiệu tổng quan lới điện phân phối trung áp 1.1.1. Đặc điểm của lới điện phân phối trung áp Lới điện phân phối là lới điện trực tiếp chuyển tải điện năng từ thanh góp hạ áp trạm biến áp khu vực đến các hộ tiêu thụ. Các dạng lới điện trung áp thờng gặp là lới hình tia không phân đoạn, hình tia phân đoạn, mạch vòng phân đoạn . Thông thờng lới phân phối có số lợng các phần tử cao hơn nhiều so với các thành phần khác trong hệ thống điện nên xác suất sự cố cũng cao hơn nhiều, vì vậy để đảm bảo cung cấp điện cho khách hàng hầu hết các tuyến đờng dây đều có mạch vòng liên kết với các đờng dây, các nguồn kế cận. Việc khôi phục cung cấp điện cho các hộ phụ tải sẽ giảm đợc rất nhiều thời gian bằng các thao tác đóng cắt tự động các thiết bị phân đoạn nằm trong mạch vòng. Thời gian phục hồi cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ điện phụ thuộc vào khả năng tải của đờng dây và nguồn dự phòng, vào khả năng tự động của các thiết bị phân đoạn. Lới phân phối trung áp có đặc điểm là mỗi một đờng dây phân phối thờng có nhiều loại phụ tải khác nhau (phụ tải sinh hoạt, chiếu sáng công cộng, thơng mại dịch vụ, nhà máy, phân xởng sản xuất .) các loại phụ tải này phân bố một cách ngẫu nhiên không đồng đều trên các lộ đờng dây và chúng có thời điểm sử dụng công suất lớn nhất khác nhau thay đổi trong ngày, trong tuần và trong mùa. Vì thế trên các đờng dây đồ thị phụ tải luôn thay đổi, không bằng phẳng có thể gây ra hiện tợng quá tải tạm thời và tăng suất tổn thất của các lộ đờng dây trong lới điện phân phối trung áp. Sự ảnh hởng này nặng nề nhất là với các cấu trúc lới điện phân phối hình tia có một nguồn cung cấp, các lới phân phối hình tia thờng xuyên bị quá tải vào các thời gian phụ tải cực đại trong ngày và trong mùa, tổn thất công suất trên các đoạn đầu nguồn là rất lớn, hay xảy ra sự cố. Ngoài ra sơ đồ lới cung cấp điện hình tia còn có nhợc điểm là độ tin cậy cung cấp điện thấp khi xảy ra sự cố trên một phần tử thì toàn bộ đờng dây (nếu không đợc phân đoạn) sẽ mất điện, hoặc ít nhất thì các phần tử từ phân đoạn bị sự cố trở đi (theo hớng đi của dòng công suất) sẽ bị mất điện. Để 6khắc phục nhợc điểm này ngời ta dùng sơ đồ lới phân phối kín vận hành hở có nhiều thiết bị phân đoạn và nhiều nguồn cung cấp. 1.1.2. Các lý do vận hành hở lới điện phân phối Vận hành hở sẽ giảm chi phí đầu t cho các thiết bị do yêu cầu về khả năng chịu đựng dòng ngắn mạch trong mạch vòng lớn hơn so với các mạch hình tia. Lới phân phối là lới trực tiếp truyền tải điện năng đến cho hộ tiêu thụ nên số lợng rất lớn, nếu vận hành kín thì hệ thống rơ le bảo vệ sẽ phức tạp hơn, thông thờng phải dùng rơ le bảo vệ có hớng, vận hành và chỉnh định khó khăn do số lợng lớn. Khi vận hành cấu trúc lới hở hệ thống bảo vệ chỉ cần dùng rơ le quá dòng và bảo vệ chạm đất. Việc vận hành lới điện phân phối hở bằng cách chọn điểm hợp lý để mở mạch vòng cũng rất đơn giản, các điều độ viên sẽ tính toán lựa chọn ra điểm mở mạch vòng có lợi nhất và sẽ ra lệnh đóng mở các thiết bị phân đoạn hiện có trên lới để thay đổi cấu hình lới, thay đổi dòng công suất đi trên các đờng dây, chống quá tải cục bộ do phân bố dòng công suất không hợp lý, giảm tổn thất công suất, tổn thất điện áp .v.v . Tuy nhiên trong một số trờng hợp điểm mở mạch vòng hợp lý tìm đợc nhờ tính toán lại rất xa so với điểm đặt thiết bị phân đoạn trong thực tế nên việc mở mạch vòng sẽ không đạt hiệu quả cao. Do đó xuất phát từ vấn đề thực tế của việc lựa chọn điểm mở mạch vòng, bài toán lựa chọn điểm phân đoạn hợp lý trong lới điện trung áp đợc chia thành hai loại: bài toán thiết kế và bài toán vận hành. 1.1.3. Bài toán mở mạch vòng dới góc độ thiết kế Bài toán thiết kế sẽ cho ra các kết quả tính toán xác định vị trí đặt thiết bị phân đoạn với tần suất sử dụng lớn nhất. Xuất phát từ thực tế vận hành thờng xảy ra tình huống điểm mở mạch vòng tính toán thay đổi liên tục và xa các điểm có thiết bị phân đoạn, vì vậy trong quá trình thiết kế lới phân phối trung áp mới, các số liệu về nhu cầu sử dụng công suất cực đại của phụ tải điển hình trong ngày, trong tuần, trong mùa thờng rất đợc quan tâm để dự báo xác suất trạng thái thờng gặp nhất của phụ tải, từ đó tính toán tìm ra các điểm đặt các thiết bị phân đoạn thờng mở để mạch vòng đợc vận hành dới dạng các mạch hình tia. Các thiết bị phân đoạn có thể là các dao cách ly thờng, dao cách ly tự động, cầu dao phụ tải, máy cắt, thiết bị tự đóng lại v.v tuỳ theo lợi ích kinh tế mang lại, theo yêu cầu độ tin cậy cung cấp điện của các phụ tải, thiết bị 7phân đoạn sẽ đợc lựa chọn phù hợp để lắp đặt sao cho lợi ích kinh tế thu đợc là lớn nhất. 1.1.4. Bài toán mở mạch vòng dới góc độ vận hành Trong vận hành lới điện phân phối, mỗi khu vực khác nhau có phụ tải khác nhau, tính chất và nhu cầu sử dụng công suất của phụ tải cũng khác nhau. Nhu cầu điện năng của các phụ tải cũng thay đổi theo giờ trong ngày và tuỳ theo đặc điểm của mỗi loại phụ tải, giờ sử dụng công suất lớn nhất của từng loại phụ tải trong ngày, trong tuần và trong mùa sẽ khác nhau. Dới góc độ vận hành, bài toán có điều kiện ban đầu là: số điểm đặt thiết bị phân đoạn, số thiết bị phân đoạn và loại thiết bị phân đoạn đã cho trớc, vì thế bài toán vận hành là bài toán mà từ các số liệu hiện thời hoặc từ các số liệu thu thập đợc để dự báo nhu cầu công suất tiêu thụ của các phụ tải trong thời gian gần để tính toán lựa chọn ra các khoá điện có sẵn trên lới sẽ đợc mở ra tạo thành mạch vòng hở theo các hàm mục tiêu đề ra. 1.2. Các thiết bị phân đoạn trong lới điện phân phối trung áp Để phân đoạn lới phân phối nâng cao độ tin cậy, giảm thời gian gián đoạn cung cấp điện ngoài các thiết bị cổ điển nh DCL, cầu dao phụ tải, ngời ta còn sử dụng một số thiết bị tự động để làm thiết bị phân đoạn nh máy cắt, dao cách ly tự động, tự động đóng lại, tự động đóng nguồn dự phòng v.v Việc quyết định sử dụng các thiết bị tự động cần phải xem xét từ nhiều khía cạnh của hệ thống cung cấp điện, phải phối hợp thoả hiệp nhiều mặt nh chọn sơ đồ nối dây, chọn thiết bị, hình thức bảo vệ, trình độ vận hành và khai thác thiết bị tự động v.v với chi phí đầu t tơng ứng. 1.2.1. Dao cách ly thờng (DCL) DCL thờng có u điểm là giá thành rẻ, phù hợp cho lới điện trên không, tuy nhiên nhợc điểm là không đóng cắt có tải và không điều khiển từ xa đợc nên khi thao tác phải cắt điện đầu nguồn và thao tác dao cách ly tại chỗ. Vì thế thời gian thao tác lâu, đặc biệt khi xảy ra sự cố trên đờng dây, nếu không phát hiện đợc bằng mắt phải đóng/cắt thử từng dao cách ly để phân đoạn cách ly điểm sự cố sẽ mất rất nhiều 8thời gian, phải đóng cắt máy cắt nhiều lần, giảm tuổi thọ của máy căt và giảm độ ổn định cung cấp điện. DCL thờng đợc sử dụng những khu vực mật độ phụ tải không cao, lới điện chủ yếu là đờng dây trên không, đặc biệt là các vùng ngoại thành, nông thôn. 1.2.2. Dao cách ly tự động (DCLTĐ) DCLTĐ khác với DCL thờng ở chỗ có thể điều khiển từ xa, khi xảy ra sự cố bằng thao tác đóng cắt từ xa có thể xác định và cách ly phân đoạn sự cố, u điểm này của DCLTĐ làm giảm thời gian tìm kiếm xác định sự cố và thời gian gián đoạn cung cấp điện. Tuy nhiên, do không đóng cắt có tải đợc nên khi chuyển tải, tái cấu hình lới để cải thiện các thông số vận hành phải cắt nguồn cung cấp, gây ra tình trạng mất điện không cần thiết, làm giảm độ tin cậy và ổn định của hệ thống điện. Trong lới điện phân phối trung áp của Việt Nam DCLTĐ cha đợc sử dụng rộng rãi. Hình 1.1: Sơ đồ sử dụng TĐL để loại trừ sự cố. [...]... nguồn cung cấp Thời gian khắc phục sự cố nguồn điện lớn hơn nhiều so với thời gian thao tác cô lập nguồn ra khỏi lới điện, vậy khi xảy ra sự cố nguồn điện lới mạch vòng có nhiều nguồn cung cấp sẽ khôi phục cung cấp điện nhanh hơn, độ tin cậy cung cấp điện cao hơn so với lới phân phối một nguồn cung cấp Sơ đồ lới điện phân phối hai nguồn phân đoạn (M) bằng dao cách ly có u điểm là độ tin cậy cung cấp điện. .. cho các thanh cái tại các trạm biến áp khi máy biến áp hoặc một trong các lộ đờng dây cấp tới cho máy biến áp bị mất điện, TĐD sẽ tự động đóng nguồn từ các máy biến áp còn lại Đối với lới phân phối trung áp, TĐD hiện nay chỉ có thể lắp đặt tại đầu nguồn cho các lộ đờng dây phân phối trung áp có yêu cầu về độ tin cậy cung cấp điện cao để khi xảy ra sự cố, thanh cái cấp nguồn cho lộ đờng dây bị mất điện. .. SAS hay hệ thống phân phối tự động DAS để nâng cao độ tin cậy của lới, đảm bảo cung cấp chất lợng điện năng tốt nhất cho khách hàng Mỏy ct Recloser Recloser N Hình 1.2: Sơ đồ sử dụng Recloser để loại trừ sự cố 1.2.5 Tự động đóng nguồn dự phòng (TĐD) Một trong những biện pháp để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện là đặt các phần tử dự phòng trong hệ thống cung cấp điện Để đa các phần tử dự phòng vào làm... cách ly, các phân đoạn còn lại đều đợc cấp điện bình thờng Do đặc điểm độ tin cậy cung cấp điện cao nên cấu hình lới điện này thờng đợc thiết kế cho các hộ phụ tải loại I, các phụ tải có yêu cầu độ tin cậy cung cấp điện cao Khi số lợng phân đoạn càng nhiều thì số lợng phụ tải mất điện khi xảy ra sự cố trên một phân đoạn càng nhỏ, tuy nhiên khi số lợng các thiết bị phân đoạn càng nhiều thì chi phí đầu. .. khiển từ xa Hệ thống DAS cung cấp chức năng điều khiển và giám sát từ xa các dao cách ly phân đoạn tự động, phối hợp giữa các điểm phân đoạn trên lới điện phân phối trung áp, nhờ đó cô lập đợc phân đoạn sự cố, khôi phục việc cung cấp điện năng cho phần còn lại của hệ thống không bị sự cố Lới điện phân phối trung áp sử dụng hệ thống DAS có thời gian cách ly sự cố và khôi phục cung cấp điện cho các phân... phối, độ tin cậy của lới sẽ tăng lên đáng kể Một vấn đề khác không thể không đề cập đến là vốn đầu t cho DAS không lớn, nằm trong khả năng của các công ty Điện lực Lới điện phân phối trung áp đợc phân đoạn bằng hệ thống tự động hoá DAS Distribution Automation System - có các u điểm nổi trội so với các hệ thống lới điện phân phối trung áp sử dụng các thiết bị phân đoạn nêu trên nhờ khả năng tự động hoá,... xu hớng để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, đảm bảo sự liên tục cung cấp điện và ổn định hệ thống điện 1.2.7 Das DAS (Distribution Automation System) là hệ thống phân phối điện tự động điều hành bằng máy tính đã đợc Nhật Bản áp dụng hơn 30 năm Trong quá trình phát triển DAS liên tục đợc cải tiến, nâng cao hiệu suất phân phối điện DAS đã đa hệ thống phân phối điện của Nhật Bản đạt hiệu quả cao nhất... vấn đề Các phơng pháp đánh giá độ tin cậy đợc liên tục phát triển, một số công trình nghiên cứu về độ tin cậy lới điện đã đợc công bố và kiến nghị sử dụng điển hình nh: Phơng pháp đồ thị -giải tích sử dụng sơ đồ độ tin cậy, lý thuyết xác xuất các tập hợp, đại số Boole, lý thuyết Graph; Phơng pháp không gian trạng thái trong đó có sử dụng quá trình ngẫu nhiên Markov; Phơng pháp cây hỏng hóc xây dựng trên... suất của nguồn điện đến các phụ tải Dới đây là khả năng cung cấp điện của một số hệ thống điện: Hệ thống nối tiếp có khả năng cung cấp điện là: SH = min Si in Hệ thống song song có khả năng cung cấp điện là: SH = n S i =1 i 22 Hệ thống phức tạp có khả năng cung cấp điện là: SH = min {SCi} CiL Trong đó: SH khả năng tải của hệ thống điện Si khả năng tải của phần tử thứ i trong hệ thống điện SCi khả năng... đầu nguồn đến phân đoạn nằm trớc phân đoạn sự cố Phơng pháp này loại trừ sự cố nhanh hơn phơng pháp sử dụng dao cách ly tự động nhng đầu t tốn kém hơn Do phải phối hợp bảo vệ giữa các recloser nên số recloser trên một lộ đờng dây bị hạn chế Trong tơng lai, để áp ứng nhu cầu ngày càng cao của hệ thống điện, ta phải áp dụng các biện pháp tự động hoá hiện đại nh SCADA, hệ thống tự động trạm SAS hay hệ . một số lới điện cụ thể để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện Chơng 5: Đề xuất các giải pháp nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp điện. Từ đó rút ra các kết luận. áp. 4Chơng 3: Nghiên cứu mối quan hệ giữa vốn đầu t - ộ tin cậy, mô hình tính toán bao gồm các vấn đề nh: Đa ra phơng pháp luận nghiên cứu mối quan hệ
![Theo [2,35,37], tại Canada sử dụng bảng giá để tính cho quy hoạch, thiết kế hệ thống. - Nghiên cứu mối quan hệ giữa vốn đầu tư - độ tin cậy, đề xuất các giải pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện lưới trung áp](https://media.store123doc.com/figures/001/334/canada-su-dung-bang-tinh-hoach-thiet-thong-1334627.png)
