1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Cơng trình hồn thành ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG UUUUUUUU NGUYỄN HIẾU Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS.Ngơ Văn Dưỡng NGHIÊN CỨU TÌM GIẢI PHÁP HẠN CHẾ DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH HỆ THỐNG ĐIỆN 220KV MIỀN NAM VIỆT NAM GIAI ĐOẠN 2011-2015 Phản biện 1: TS Trần Tấn Vinh Phản biện 2: PGS.TSKH Hồ Đắc Lộc Chuyên nghành: Mạng Hệ thống ñiện Mã số: 60.52.50 Luận văn ñược bảo vệ trước Hội ñồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật họp Đại học Đà Nẵng vào ngày 05 tháng 05 năm 2012 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng, Năm 2012 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà nẵng - Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng 3 MỞ ĐẦU LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Ngày hệ thống ñiện Việt Nam hệ thống ñiện liên kết Các lưới ñiện khu vực, nhà máy ñiện ñược nối liên kết với thông qua ñường dây 500kV tạo thành hệ thống ñiện thống Lưới ñiện truyền tải 220kV 110kV khơng ngừng phát triển để ñáp ứng nhu cầu ngày tăng phụ tải Lưới điện Miền Nam có vai trị quan trọng hệ thống MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu tìm hiểu giải pháp hạn chế dịng điện ngắn mạch hệ thống điện - Tính tốn chế độ vận hành bình thường cố hệ thống ñiện 220kV Miền nam ñể xác ñịnh chế độ nguy hiểm - Áp dụng tính tốn ñề xuất giải pháp hợp lý ñể hạn chế dòng NM chế ñộ nguy hiểm cho HTĐ 220kV Miền nam ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU ñiện Việt Nam, tập trung nhu cầu phụ tải lớn Với phát triển nhanh - Hệ thống ñiện 220kV Miền Nam giai ñoạn 2011- 2015 nguồn lưới ñiện ñể ñáp ứng nhu cầu phụ tải dẫn ñến dòng ngắn - Các giải pháp hạn chế dòng ngắn mạch mạch lưới truyền tải tăng cao, (ñặc biệt khu vực miền đơng - Tìm giải pháp hợp lý để hạn chế dịng ngắn mạch cho hệ nam 220kV trạm Phú Lâm, Phú Mỹ, Nhà Bè) làm thống ñiện Miền Nam ảnh hưởng xấu ñến phần tử hệ thống ñiện chế ñộ cố PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Vấn ñề ñặt yêu cầu cao quan hệ ñiện –ñộng lực học ñộ bền nhiệt phần tử hệ thống ñiện Đồng thời yêu cầu cao ñộ tin cậy thiết bị ñóng cắt, bảo vệ rơ le Do ñó cần thiết phải nghiên cứu tìm giải pháp hạn chế dịng ngắn để nâng cao tính vận hành an tồn thiết bị đóng cắt phần tử hệ thống ñiện Hiện giới ñang sử dụng giải pháp khác để giải vấn đề dịng NM tăng cao như: Thay thiết bị đóng ngắt có dịng cắt cao hơn, thay đổi cấu trúc lưới , sử dụng kháng ñiện mắc nối tiếp, thiết bị tự động hạn chế dịng NM vật liệu siêu - Thu thập số liệu trạng quy hoạch phát triển hệ thống ñiện giai ñoạn 2011- 2015 - Nghiên cứu phần mềm tính tốn HTĐ, phân tích lựa chọn phần mềm để sử dụng cho đề tài - Sử dụng phần mềm để tính tốn tìm trường hợp ngắn mạch nguy hiểm lưới ñiện 220kV Miền Nam - Nghiên cứu giải pháp hạn chế dịng ngắn mạch, phân tích lựa chọn giải pháp thích hợp để sủ dụng - Áp dụng tính tốn lựa chọn giải pháp hợp lý để hạn chế dẫn (Superconducting Fault Current Limiter-SFLC), hạn dòng ngắn dòng ngắn mạch cho hệ thống ñiện 220kV Miền Nam mạch PP dùngMBA mắc nối tiếp Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI Xuất phát từ lý trên, đề tài: ‘NGHIÊN CỨU TÌM Đề tài mang lại ý nghĩa khoa học thực tiễn sau: GIẢI PHÁP HẠN CHẾ DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH HỆ THỐNG - Đưa sở tính tốn chế ñộ vận hành, cố HTĐ ĐIỆN 220kV MIỀN NAM GIAI ĐOẠN 2011 ĐẾN 2015’ ñược - Xác ñịnh ñược ñiện áp nút, công suất truyền tải nghiên cứu ñường dây chế ñộ vận hành hệ thống 5 - Xác định dịng ngắn mạch HTĐ 220kV Miền Nam ñiểm ngắn mạch có dịng ngắn mạch tăng cao - Đưa giải pháp hạn chế dòng ngắn mạch nhằm khắc phục ảnh hưởng xấu dịng ngắn mạch đến phần tử HTĐ Trên sở giúp quan quản lý vận hành lưới ñiện 1.2.3.2 Giai ñoạn ñến năm 2009 1.2.3.3 Giai ñoạn 2010 1.2.3.4 Giai ñoạn 2011 1.2.4 Kế hoạch vận hành hệ thống ñiện năm 2012, quy hoạch phát triển lưới ñiện giai ñoạn 2011-2020 vạch chiến lược quy hoạch, thiết kế vận hành lưới điện an tồn, 1.2.4.1 Kế hoạch vận hành hệ thống ñiện năm 2012 hiệu 1.2.4.2 Quy hoạch phát triển lưới ñiện theo tổng sơ ñồ VII CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN 1.3 KẾT LUẬN Ngồi phần mở đầu kết luận chung, nội dung ñề tài ñược Ngày hệ thống ñiện Việt Nam hệ thống ñiện liên kết Các tổ chức thành chương phụ lục Bố cục nội dung lưới điện khu vực, nhà máy ñiện ñược nối liên kết với tạo luận văn gồm: thành hệ thống ñiện thống Bên cạnh phát triển ñường dây Chương 1: Tổng quan trình hình thành quy hoạch phát triển HTĐ Việt Nam Chương 2: Cơ sở tính tốn ngắn mạch giải pháp hạn chế dịng điện ngắn mạch Chương 3: Tính tốn chế độ vận hành hệ thống ñiện 220kv Miền Nam Chương 4: Đề xuất giải pháp hạn chế dịng điện ngắn mạch hệ thống ñiện 220kV Miền Nam Chương 1: TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH VÀ QUY HOẠCH PHÁT TRIỂN HTĐ VIỆT NAM siêu cao áp 500kV Bắc-Nam, Lưới ñiện truyền tải 220kV 110kV không ngừng phát triển ñể ñáp ứng nhu cầu ngày tăng phụ tải Theo TSĐ VII, giai ñoạn 2011- 2020 lưới ñiện truyền tải dự kiến xây dựng thêm là: trạm 500kV khoảng 42.850MVA, trạm 220kV khoảng 74.926MVA, ñường dây 500kV khoảng 8372km, đường dây 220kV khoảng 15.942km Tổng cơng suất nhà máy đến 2020 75.000MW, thủy ñiện chiếm 23,1%, thủy ñiện tích 2,4%, nhiệt ñiện than 48%, nhiệt điện khí đốt 16,5%, nguồn điện sử dụng lượng tái tạo 5,6%, ñiện hạt nhân 1,3% nhập điện 3,1% Lưới điện Miền Nam có vai trò quan trọng hệ thống 1 Q TRÌNH HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN điện Việt Nam, tập trung nhu cầu phụ tải lớn Với phát triển nhanh 1.2 HIỆN TRẠNG HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM VÀ QUY nguồn lưới ñiện ñể ñáp ứng nhu cầu phụ tải dẫn đến dịng ngắn HOẠCH CHO TƯƠNG LAI mạch lưới truyền tải tăng cao, (ñặc biệt khu vực miền đơng 1.2.1 Hệ thống lưới ñiện Việt Nam nam 220kV trạm Nhà Bè, Phú Lâm, Nam Sài 1.2.2 Hệ thống lưới truyền tải điện Miền Nam Gịn, Nhơn Trạch, Phú Mỹ) làm ảnh hưởng xấu ñến phần tử 1.2.3 Tình hình mang tải lưới truyền tải Miền Nam hệ thống ñiện chế ñộ cố Vấn ñề ñặt yêu cầu cao 1.2.3.1 Giai ñoạn ñến năm 2008 quan hệ ñiện –ñộng lực học ñộ bền nhiệt phần tử hệ thống ñiện Đồng thời yêu cầu cao ñộ tin cậy thiết bị 2.3.1.2 Sơ ñồ khối chương trình PSS/E đóng cắt, bảo vệ rơ le Do cần thiết phải nghiên cứu tìm giải pháp 2.3.2 Khởi động giao diện chương trình PSS/E hạn chế dịng ngắn để nâng cao tính vận hành an tồn thiết bị đóng 2.3.2.1 Khởi động chương trình PSS/E cắt phần tử hệ thống ñiện Hiện giới ñang sử 2.3.2.2 Các giao diện PSS/E dụng giải pháp khác để giải vấn đề dịng ngắn mạch 2.3.3 Tính tốn phân bổ CS tăng cao như: Thay đổi phương thức vận hành (tách lưới, tách 2.3.3.1 Đặt vấn ñề cắt, cắt liên ñộng), sử dụng kháng ñiện mắc nối tiếp, sử dụng thiết bị 2.3.3.2 Nhập liệu mơ tính tốn trào lưu CS HTĐ chương tự động hạn chế dịng ngắn mạch vật liệu siêu dẫn trình PSS/E (Superconducting Fault Current Limiter-SFLC), sử dụng thiết bị hạn 2.3.3.3 Tính tốn phân bổ CS dịng ngắn mạch có dạng van bán dẫn kết hợp với điện kháng, chế tạo 2.3.4 Tính tốn ngắn mạch sử dụng thiết bị chuyển mạch công suất có tác động cực nhanh, 2.4 XÂY DỰNG DỮ LIỆU TÍNH TỐN HỆ THỐNG ĐIỆN hạn dịng ngắn mạch phương pháp dùng máy biến áp mắc nối BẰNG PHẦN MỀM PSS/E tiếp, mở bớt trung tính máy biến áp ñể giảm dòng ngắn mạch 1pha 2.4.1.Thu thập số liệu HTĐ Trong phần chương luận văn trình bày cụ thể giải pháp Tiến hành thu thập số liệu HTĐ Việt Nam giai ñoạn 2011 hạn chế dịng điện ngắn mạch 2.4.2 Tính tốn mô phần tử HTĐ theo PSS/E 2.5 NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP HẠN CHẾ DÒNG ĐIỆN Chương 2: CƠ SỞ TÍNH TỐN NGẮN MẠCH VÀ CÁC GIẢI PHÁP HẠN CHẾ DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH NGẮN MẠCH TRÊN HTĐ 2.5.1 Đặt vấn đề 2.1 Q TRÌNH Q ĐỘ ĐIỆN TỪ TRONG HTĐ 2.5.2 Thiết bị hạn chế dịng điện ngắn mạch vật liệu siêu dẫn 2.1.1 Khái niệm chung SFCL 2.1.2 Các ñịnh nghĩa 2.5.2.1 Kỹ thuật siêu dẫn 2.1.3 Nguyên nhân ảnh hưởng ngắn mạch 2.5.2.2 Các loại thiết bị hạn dòng NM vật liệu siêu dẫn 2.1.3.1 Nguyên nhân a Thiết bị hạn dòng NM vật liệu siêu dẫn( SFCL) kiểu điện trở 2.1.3.2 Ảnh hưởng dịng ngắn mạch b SFCL có lõi từ bao bọc 2.2 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN NGẮN MẠCH: 2.5.3 Hạn chế dịng ngắn mạch kháng điện nối tiếp 2.3 TÍNH TỐN HTĐ BẰNG CHƯƠNG TRÌNH PSS/E(30) 2.5.3.1 Đặt vấn đề 2.3.1 Các chức sơ đồ tổ chức chương trình PSSE 2.5.3.2 Các vị trí lắp đặt kháng điện 2.3.1.1 Các chức chương trình PSSE a Lắp liên kết 10 Qua tìm hiểu biết để hạn chế dịng điện ngắn mạch có b Lắp nối tiếp ngăn lộ vào c Lắp nối tiếp ngăn lộ thể sử dụng giải pháp sau: 2.5.3.3 Các ứng dụng kháng ñiện vào hệ thống ñiện thực tế - Giải pháp thay ñổi cấu trúc lưới 2.5.4 Giải pháp thay ñổi cấu trúc lưới ñiện - Giải pháp lắp kháng ñiện nối tiếp 2.5.5 Giải pháp mở bớt trung tính MBA để giảm dòng ngắn mạch - Giải pháp dùng thiết bị hạn dòng ngắn mạch vật liệu siêu dẫn 1pha - Giải pháp tách bớt trung tính máy biến áp 2.5.6 Giải pháp lắp MBA nối tiếp có trở kháng lớn - Giải pháp dùng máy biến áp mắc nối tiếp có trở kháng lớn 2.6 KẾT LUẬN Đối với giải pháp dùng thiết bị hạn dòng ngắn mạch vật Ngắn mạch loại cố xảy hệ thống ñiện liệu siêu dẫn sử dụng cấp ñiện áp thấp, ñang giai tượng chạm chập pha không thuộc chế độ làm việc bình đoạn thử nghiệm cấp ñiện áp 220kV Giải pháp dùng máy biến áp thường Các dạng ngắn mạch hệ thống ñiện gồm: Ngắn mạch nối tiếp có trở kháng lớn áp dụng lưới phân phối Giải pháp pha, ngắn mạch 2pha, ngắn mạch pha chạm ñất, ngắn mạch 1pha tách bớt trung tính MBA giải pháp giảm dịng ngắn mạch 1pha hiệu chạm đất Trong dạng ngắn mạch xác xuất xảy ngắn nhất, nhiên với lưới ñiện 220kV hầu hết MBA tự ngẫu nên bắt mạch 1pha lớn nhất, xác xuất xảy ngắn mạch 3pha thấp buộc trung tính phải nối đất Các giải pháp cịn lại thay ñổi cấu trường hợp nặng nề dòng ngắn mạch lớn so với trúc lưới lắp kháng điện nối tiếp có khả áp dụng ñể hạn chế dạng ngắn mạch khác, nhiên số trường hợp dịng dịng ñiện ngắn mạch HTĐ 220kV Miền Nam ngắn mạch 1pha lớn dịng ngắn mạch 3pha Để tính tốn ngắn mạch mạng điện đơn giản ta Chương 3: TÍNH TỐN CÁC CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN 220KV MIỀN NAM sử dụng hai phương pháp tính tốn : phương pháp giải tích phương pháp đường cong tính tốn Ngày Với phát triển ngày mạnh mẽ công nghệ 3.1 SƠ ĐỒ VÀ SỐ LIỆU TÍNH TỐN 3.1.1 Sơ đồ hệ thống điện 220kV Miền Nam thơng tin, máy tính cấu hình mạnh sử dụng phổ biến, nhờ 3.1.2 Thơng số tính tốn chương trình tính tốn mơ HTĐ có khả tính tốn 3.2 TÍNH TỐN CÁC CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH CỦA HTĐ 220KV tốc độ tính tốn cao Phần mềm PSS/E phần mềm mạnh, có hầu hết MIỀN NAM chức phân tích HTĐ sử dụng rộng rãi chương 3.2.1 Tính tốn chế độ cực đại trình PSS/E ngành điện Việt Nam Do tác giả lựa chọn phần 3.2.2 Tính tốn chế độ cực tiểu mềm PSS/E làm chương trình tính tốn cho ñề tài 3.2.3 Phân tích kiến nghị Qua tính tốn chế độ xác lập hệ thống điện 220kV Miền Nam 11 12 Inm(3)= 35.3kA Icp=40KA - Về công suất truyền tải: Công suất truyền tải đường dây 220kV khơng bị q tải Cơng suất số trạm chế độ cực 3.3.1.5 Ngắn mạch 220kV Nhơn Trạch chế ñộ phụ tải ñại bị tải nhẹ MBA AT2 trạm Nhà Bè(101.9%), Phú Lâm cực ñại: AT1(101.8%), AT2(105.9%), Tân Định AT1(102%), AT2(101.2%), Inm(3)∑=35.8kA Icp=40kA (3) (1) Nhơn Trạch: Inm =35.9kA