NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỆN TRỞ TRUNG TÍNH ĐẾN CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH CỦA ĐƯỜNG DÂY 583 PLEIKU 2 – 572 THẠNH MỸ

MỞ ĐẦU

1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Hệ thống điện truyền tải 500kV Việt Nam ngày càng phát triển mạnh mẽ, lưới điện ngày càng tăng cao và phức tạp. Việc trao đổi công suất qua lại giữa các vùng miền là rất lớn và thường thông qua các đường dây liên kết khá dài. Đặc biệt là khu vực Nam Trung Bộ, nơi tập trung tâm nhiệt điện Vĩnh Tân, các nguồn năng lượng tái tạo phát triển rất mạnh cũng tại khu vực này, đóng góp một nguồn năng lượng lớn và chuyển tải công suất theo chiều Nam-Bắc tại một số thời điểm trong năm. Trong đó đường dây 500kV mạch đơn 583/Pleiku 2 – 572/572 Thạnh Mỹ dài 232 km, được xây dựng từ năm 1994. Đường dây này đóng vai trò xương sống của lưới Truyền tải 500kV, góp phần liên kết lưới điện 500kV Bắc Nam. Vì vậy, việc nghiên cứu tính toán các chế độ vận hành, đảm bảo đường dây này vận hành an toàn trở nên hết sức cần thiết, trong đó có việc nghiên cứu các quá trình quá độ điện từ trên lưới.

MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Mục đích nghiên cứu của đề tài là: Tính toán, đánh giá ảnh hưởng của điện trở nối đất kháng bù ngang đến chế độ vận hành của lưới điện truyền tải. Trên cơ sở đó lựa chọn thông số của điện trở trung tính kháng bù ngang đường dây 583/Pleiku 2 – 572/Thạnh Mỹ nhằm hạn chế các hiện tượng quá áp trên hệ thống điện khi cắt một pha đường dây đang vận hành.

ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

– Các chế độ làm việc của hệ thống truyền tải điện 500kV khu vực miền Trung Việt Nam.

– Vai trò kháng bù ngang trên các đường dây truyền tải 500kV

– Hiện tượng quá áp khi ngắn mạch 1 pha trên đường dây 500kV

Phạm vi nghiên cứu của đề tài:

– Đánh giá ảnh hưởng của điện trở trung tính của kháng bù ngang đến chế độ vận hành của hệ thống truyền tải 500kV.

– Áp dụng tính toán phân tích đối với đường dây 583/Pleiku 2 – 572/Thạnh Mỹ làm cơ sở để đánh chung cho hệ thống.

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

– Thu thập số liệu về thông số đường dây và thông số vận hành thực tế, trên cơ sở đó cập nhật thông tin vào phần mềm để mô phỏng đường dây đang vận hành.

– Tính toán phân tích hiện tượng quá áp khi cắt một pha ứng với các chế độ vận hành khác nhau.

– Tính toán lựa chọn giá trị điện trở nối trung tính phù hợp để hạn chế quá áp khi cắt một pha đường dây đang vận hành.

ĐẶT TÊN ĐỀ TÀI

Căn cứ mục tiêu và nhiệm vụ đề ra, đề tài được đặt tên như sau: “Nghiên cứu ảnh hưởng của điện trở trung tính đến chế độ vận hành đường dây 583/Pleiku 2 – 572/ Thạnh Mỹ”.

CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN

Ngoài phần mở đầu và kết luận chung, nội dung của luận văn

được biên chế thành 3 chương:

Chương 1: Tổng quan về hệ thống truyền tải điện 500kV Việt Nam và vai trò của các kháng bù ngang.

Chương 2: Cơ sở tính toán phân tích hệ thống điện và phần mềm tính toán.

Chương 3: Tính toán, đánh giá ảnh hưởng của điện trở nối đất trung tính đến chế độ làm việc của đường dây 583/Pleiku 2-572/Thạnh Mỹ.

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM GIAI ĐOẠN 2020-2030

1.1. Tổng quan hệ thống truyền tải điện Việt Nam

Hệ thống lưới điện truyền tải 500kV, 220kV của Việt Nam do Tổng Công ty Truyền tải điện Quốc gia quản lý đã vươn tới hầu hết các tỉnh, thành phố trong cả nước liên kết hệ thống điện các miền thành hệ thống điện hợp nhất và từng bước kết nối với lưới truyền tải điện của các nước trong khu vực với công nghệ ngày càng hiện đại như đường dây nhiều mạch, nhiều cấp điện áp, cáp ngầm cao áp 220kV, trạm GIS 220kV, hệ thống điều khiển tích hợp bằng máy tính, thiết bị định vị sự cố, giám sát dầu online, hệ thống SCADA…

Tính đến hết năm 2019, công suất đặt hệ thống truyền tải điện Quốc gia là 55367 MW, tăng 13,2% so với năm 2018. Cụ thể, cơ cấu nguồn điện phân loại theo loại hình nhà máy như hình 1.2:

Hình 1.2: Biểu đồ cơ cấu nguồn điện phân loại theo loại nhà máy

1.2. Hiện trạng hệ thống truyền tải điện khu vực Miền Trung

• • 1. . Hiện trạng hệ thống truyền tải điện khu vực Miền Trung.

Hệ thống nguồn điện miền Trung tính đến cuối tháng 12 năm 2019 có tổng công suất đặt của các nhà máy điện xấp xỉ 9457.95 MW. Trong đó, tổng công suất đặt của các nhà máy thủy điện là 7132.95 MW chiếm 75,4%, nhiệt điện than là 1200 MW chiếm 12.7%, năng lượng tái tạo là 1125 MW chiếm 11.9% .

Lưới điện truyền tải khu vực miền Trung do các Công ty Truyền tải điện 2 và Công ty truyền tải điện 3 quản lý bao gồm 16 tỉnh, thành phố từ tỉnh Quảng Bình vào phía Nam đến các tỉnh ĐắkNông, Lâm Đồng và Bình Thuận. Số lượng các đường dây và trạm 220kV, 500kV khu vực miền Trung tính đến 01 tháng 5 năm 2020 gồm:

– Tổng chiều dài đường dây 500kV : 2847.572 km.

– Tổng chiều dài đường dây 220kV :4763.667 km.

– Tổng công suất các trạm biến áp 500kV : 7050 MVA.

– Tổng công suất các trạm biến áp 220kV : 5563 MVA.

1.2.2. Lưới điện truyền tải Công ty Truyền tải điện 2 quản lý

Công ty Truyền tải điện 2 có nhiệm vụ quản lý vận hành lưới điện Truyền tải ở cấp điện áp từ 220kV đến 500kV. Phạm vi lưới điện do Công ty quản lý bao gồm hệ thống điện truyền tải thuộc 07 tỉnh khu vực miền Trung: Quảng Bình, Quảng Trị, Thừa Thiên – Huế, Quảng Nam, Đà Nẵng, Quảng Ngãi, và Kon Tum.( Tham khảo sơ đồ lưới điện PTC2 quản lý, phụ lục 1.3)

Tính đến thời điểm 31 tháng 12 năm 2019 lưới truyền tải điện do công ty Truyền tải điện 2 quản lý gồm:

• Trạm biến áp 500 KV: 3 trạm, tổng công suất 2250MVA.
• Trạm biến áp 220 KV: 13 trạm, tổng công suất 2625MVA.
• Đường dây 500 kV: Tổng chiều dài 1227,8 km.
• Đường dây 220 kV: Tổng chiều dài 1680,4 km.

. Lưới điện truyền tải Công ty Truyền tải điện 3 quản lý

Công ty Truyền tải điện 3 có nhiệm vụ quản lý vận hành lưới điện Truyền tải ở cấp điện áp từ 220kV đến 500kV. Phạm vi lưới điện do Công ty quản lý bao gồm hệ thống điện truyền tải thuộc 09 tỉnh khu vực miền Trung : Gia Lai, Đắk Lắk, Đắk Nông, Bình Định, Phú Yên, Khánh Hòa, Lâm Đồng, Ninh Thuận và Bình Thuận.

Tính đến thời điểm tháng 12 năm 2019 lưới truyền tải điện do công ty Truyền tải điện 3 quản lý gồm:

• Trạm biến áp 500 KV: 5 trạm, tổng công suất 4800MVA.
• Trạm biến áp 220 KV: 22 trạm, tổng công suất 4250MVA.
• Đường dây 500 kV: Tổng chiều dài 1939,178 km.
• Đường dây 220 kV: Tổng chiều dài 3209,142 km.

. Quy hoạch lưới điện Miền trung đến năm 2025.

Theo như dự kiến TSĐ VII, đến cuối năm 2025 các nguồn điện khu vực miền Trung có tổng công suất đăt khoảng 35.849,95 MW.

Tổng chiều dài đường dây 500kV đến năm 2025 khoảng 6279,252 kM

Qua khảo sát Quy hoạch phát triển điện lực của một số tỉnh, thành phố khu vực miền Trung như Quảng Bình, Thừa Thiên – Huế, Đà Nẵng, Quảng Ngãi, Bình định, Kon Tum, Khánh Hòa, Đăk Lăk, Đăk Nông…. Đồng thời đối chiếu với đề án Điều chỉnh quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011-2020 có xét đến 2030 (QHĐ7ĐC) do Viện Năng lượng lập, đã được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt theo quyết định số 428/QĐ-TTg ngày 18/3/2016, kết quả cho thấy dự báo phụ tải cực đại miền Trung đến năm 2025 như sau.

1.3. Hiện trạng đường dây 500kV Pleiku 2 – Thạnh Mỹ

• Đến thời điểm năm 2020 hệ thống truyền tải 500kV qua khu vực các tỉnh Miền Trung – Tây Nguyên vẫn còn liên kết yếu với 02 mạch Dốc Sỏi – Pleiku và Thạnh Mỹ – Pleiku 2. Việc đảm bảo vận hành an toàn cho các đường dây này nhằm cung cấp điện An toàn – liên tục và giữ vững liên kết hệ thống điện 02 miền Bắc – Nam là nhiệm vụ nặng nề của Tổng công ty Truyền tải điện Quốc Gia và các Công ty Truyền tải điện.
• Đường dây này được thiết kế xây dựng trong những năm 1994. Đường dây này có các thông số cơ bản như sau:
• Điểm ban đầu: Trạm biến áp 500kV Thạnh Mỹ – Tỉnh Quảng Nam (xét theo chiều Bắc – Nam)
• Điểm cuối: Trạm biến áp 500kV Pleiku 2 (Tỉnh Gia Lai)
• Cấp điện áp: 500kV
• Số mạch: 01 mạch
• Dây dẫn: 4xACSR330/43
• Chiều dài: 232km
• Đồng thời để nâng cao khả năng tải của đường dây, tăng khả năng ổn định động đường dây, đường dây 583/Pleiku 2 – 572/Thạnh Mỹ được trang bị tụ bù dọc, kháng bù ngang 02 đầu có các thông số như sau:
• Kháng bù ngang: Dung lượng 500kV/91MVAr (lắp đặt cả 02 đầu)
• Tụ bù dọc: 2000A/21.5Ω (lắp đặt ở cả 02 đầu).
• Cuộn kháng trung tính: 800Ω (lắp đặt ở cả 02 đầu).

1.4. Cấu tạo và nguyên lý làm việc các phần tử bù trên đường dây

1.4.1. Nguyên lý bù trên đường dây.

Ta có tổn thất trên đường dây: :∆U= (P.R + Q.X)/U

Trong đó :

– P là công suất tác dụng được truyền trên đường dây

– R là thành phần điện trở của đường dây

– Q là công suất phản kháng được truyền trên đường dây

– X là thành phần điện kháng của đường dây

– U là điện áp tại đầu đường dây

Căn cứ vào công thức trên, chúng ta thấy rằng : 

• Nếu thay đổi P thì U thay đổi nhưng P lớn hay nhỏ là do phụ tải quyết định nên không thể thay đổi tuỳ tiện được.
• Thay đổi tham số R bằng cách tăng tiết diện đường dây hoặc tăng số đường dây làm việc song song thì không hợp lý về mặt kinh tế. Vì vậy, người ta tìm cách thay đổi Q (Công suất phản kháng) hoặc X (tham số đường dây) để giảm tốithiểu ∆U
• Các biện pháp thay đổi Q được gọi là bù ngang: dùng các thiết bị để phát hoặc tiêu thụ công suất phản kháng như động cơ đồng bộ, tụ điện, kháng điện (trong chương này chỉ đề cập tới tụ và kháng ).
• Các biện pháp thay đổi X được gọi là bù dọc: tụ bù được mắc nối tiếp trên đường dây truyền tải làm cho tổng trở đường dây nhỏ đi: ( XS = X – Xbù).Trở kháng trong hệ thống truyền tải bao gồm phần lớn là thành phần điện kháng và phần nhỏ là thành phần điện trở: (Zht = R + J. XS ). Bởi vậy sự thay đổi điện áp ở phía tải được gây nên bởi thành phần XS nhiều hơn là thành phần điện trở R. 
  • 1. . Kháng bù ngang

– Cuộn kháng có thể được coi như một máy biến áp mà trong đó không có cuộn dây thứ cấp, tất cả dòng chảy vào cuộn kháng trở thành dòng kích từ (dòng không tải).

– Kháng bù ngang thông thường sẽ là loại lõi thép với khe hở không khí. Nhờ khe hở không khí mà lõi thép sẽ không thể bị bão hòa và tăng được từ trở. Từ trở tăng cũng giúp độ tự cảm (điện cảm) của kháng điện giảm làm công suất kháng điện tăng.

L = N² / R (L: điện cảm, N: số vòng dây, R: Từ trở)

– Một bộ kháng 3 pha có thể bao gồm 3 kháng đơn pha hoặc là loại 3 pha chung (chung lõi từ, chung vỏ máy). Loại 3 pha chung sẽ được thiết kế là 3 pha – 5 trụ hoặc 3 pha – 3 trụ. Loại 5 trụ được sử dụng phổ biến trên lưới truyền tải công suất lớn vì ba pha sẽ độc lập nhau về mạch từ trong khi loại 3 trụ sẽ có từ thông chạy chung giữa các pha.

Tác dụng của kháng bù ngang trong lưới điện:

• Là thiết bị chỉ tiêu thụ công suất phản kháng nên nó có tác dụng triệt tiêu, điều chỉnh lượng công suất phản kháng dư thừa do lưới điện sinh ra, giảm điện áp và giữ ổn định điện áp hệ thống
• Giảm điện áp thanh cái trong các trường hợp non tải, bằng cách tiêu thụ công suất phản kháng Q do tụ ký sinh của đường dây sinh ra.
• Là mạch nối đất trung tính trong đó có kháng trung tính đóng vai trò là cuộn dập hồ quang (hồ quang tại điểm chạm đất 1 pha, tăng giá trị cho dòng bảo vệ, đẩy nhanh tốc độ F79-TĐL).
• Giữ điện áp cao để tăng giới hạn truyền tải và giảm tổn thất trong các chế độ truyền tải công suất cao.
  • 1. . Tụ bù dọc

Trên các đường dây siêu cao áp có độ dài lớn, điện dung pha – đất và pha – pha là rất lớn, do đó khi không tải hoặc tải nhỏ thì điện áp ở cuối đường dây sẽ cao hơn ở đầu đường dây. Vì vậy, kháng bù ngang, có tác dụng giảm sự tăng áp này, giữ điện áp tại cuối đường dây ổn định gần bằng điện áp định mức. Đối với tụ bù dọc chỉ có tác dụng giảm điện áp giáng trên đường dây (giảm tổn thất điện áp và công suất trên đường dây), dàn đều điện áp trên đường dây bằng với điện áp cho phép và tăng khả năng truyền tải đối với đường dây.

1.5. Các thông số kỹ thuật của các kháng bù ngang và tụ bù dọc tại Trạm 500kV Pleiku 2 và Thạnh Mỹ.

1.6. Kết luận

Hệ thống điện Việt Nam phát triển nhanh chóng, ngày càng trở nên rộng lớn, đáp ứng nhu cầu tăng trưởng của phụ tải điện và nguồn điện, tốc độ tăng trưởng của nền kinh tế trong giai đoạn hội nhập và phát triển.

Lưới truyền tải 500kV Việt Nam chính thức đưa vào vận hành ngày 27/5/1994 với 4 trạm biến áp 500kV dung lượng 2700MVA và gần 1500km đường dây chạy suốt từ Bắc vào Nam đã mở ra một thời kỳ mới cho sự phát triển của lưới điện truyền tải Việt Nam. Trong giai đoạn từ năm 2004 đến 31/12/2019 Hệ thống Truyền tải điện 500kV phát triển nhanh chóng với 27 Trạm biến áp 500kV dung lượng 29400MVA và tổng chiều dài đường dây 500kV hơn 7500km, tốc độ tăng trưởng trung bình 35,7%/năm. Lưới truyền tải 500kV là xương sống của hệ thống điện Việt Nam, chạy suốt từ Bắc vào Nam đóng một vai trò vô cùng quan trọng trong cân bằng năng lượng của toàn quốc và có ảnh hưởng lớn tới độ tin cậy cung cấp điện của từng miền.

Trong quá trình vận hành việc thao tác đóng cắt kháng bù ngang để điều chỉnh công suất phản kháng hoặc khi có các sự cố xảy ra đã gây ra hiện tượng tăng điện áp cảm ứng trên các pha, để hạn chế quá điện áp đã sử dụng giải pháp nối đất trung tính kháng bù ngang qua điện kháng và điện trở. Luận văn sẽ nghiên cứu, tính toán đánh giá ảnh hưởng của giải pháp này đến chế độ làm việc của lưới điện truyền tải 500kV Việt Nam.

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ TÍNH TOÁN PHÂN TÍCH HỆ THỐNG ĐIỆN

VÀ PHẦN MỀM TÍNH TOÁN

2.1. Mở đầu

Hệ thống điện bao gồm các khâu sản xuất, truyền tải và phân phối điện năng. Kết cấu của một hệ thống điện có thể rất phức tạp, muốn nghiên cứu nó đòi hỏi phải sử dụng các phương pháp giải tích mạng điện.

2.2. Các phương pháp tính toán phân tích hệ thống điện.

2.2.1. Phương pháp Gauss – Seidel

Phương pháp Gauss-Seidel dùng để tìm giá trị X của hệ phương trình tuyến tính:

f(x) = 0 (2.1)

Trong đó f(x) là phương trình điện áp, dòng điện của hệ thống.

Phương pháp Gauss-Seidel có ưu điểm đơn giản, khối lượng tính toán nhỏ trên một bước lặp và yêu cầu dung lượng bộ nhớ nhỏ. Tuy nhiên phương pháp này tốc độ hội tụ chậm, thời gian tính toán tăng lên, nhất là khi kích thước lưới lớn. Do đó trong thực tế phương pháp Gauss-Seidel chỉ sử dụng phân tích lưới điện nhỏ với chỉ có vài nút có công suất thay đổi nhẹ.

2.2.2. phương pháp Newton – Raphson:

Phương pháp Newton – Raphson thực hiện giải hệ phương trình f(x) bằng cách thành lập ma trận Jacobi. Phương pháp Newton-Raphson có nhược điểm phức tạp, phải thành lập ma trận Jacobian, ma trận này thay đổi từ bước lặp này sang bước lặp khác và cần phải giải hệ phương trình tuyến tính sau mỗi bước lặp với ma trận thay đổi. Phương pháp này yêu cầu bộ nhớ lớn, dung lượng tính toán của phương pháp Newton-Raphson là rất lớn, dung lượng này tăng lên tuyến tính theo kích cỡ của hệ thống, bởi vậy sử dụng phương pháp này rất thích hợp trong việc tính toán lưới điện lớn.

2.3. Các phương pháp điều chỉnh điện áp trong hệ thống điện

Hiện nay, việc điều chỉnh điện áp trên lưới điện Việt Nam đang được thực hiện bằng các công cụ/ biện pháp sau:

1) Điều chỉnh nấc phân áp các MBA 500kV;

2) Đóng/mở các thiết bị bù công suất phản kháng (CSPK) như: kháng bù ngang (KBN) trên lưới điện 500kV;

3) Chuyển bù một số tổ máy thủy điện có khả năng chạy bù; huy động một số tổ máy thủy điện để tiêu thụ công suất phản kháng;

4) Thay đổi công suất phản kháng của các tổ máy phát điện kết hợp với việc thay đổi nấc phân áp của các MBA tăng áp;

5) Cắt các ĐZ 500 để giảm điện áp, đóng các đường dây (ĐZ) không tải hoặc tải thấp để tăng điện áp;

6) Thay đổi kết lưới hệ thống điện;

7) Hạn chế phụ tải.

Có nhiều phương pháp bù: tụ bù dọc, tụ bù ngang, kháng bù ngang, tụ bù tĩnh có dung lượng thay đổi SVC,…Trong luận văn này tác giả xin giới thiệu về phương pháp điều chỉnh điện áp dùng kháng bù ngang và tụ bù dọc.

2.4. Giới thiệu phần mềm EMTP-RV

LIÊN HỆ:

SĐT+ZALO: 0935568275

F:\DỮ LIỆU COP CỦA CHỊ YẾN\DAI HOC DA NANG\KY THUAT HOA HOC\KY THUAT DIEN\LOP GIA LAI\LOP GIA LAI (Ở nhà)\LOP GIA LAI\File gui T.Khoa 28.09.20 (Dot 02)\File gui T.Khoa 28.09.20 (Dot 02)\Huynh Tan Long\TOM TAT