Tính toán đánh giá ảnh hưởng của việc đóng cắt kháng bù ngang đến chế độ vận hành của lưới điện 500kV

MỞ ĐẦU

Lý do lựa chọn đề tài:

Việc điều chỉnh, ổn định điện áp trên lưới điện 500kV là cực kỳ quan trọng. Trước đây việc điều chỉnh điện áp trên hệ thống điện Việt Nam thông qua việc điều chỉnh nấc phân áp của các MBA hoặc các nhà máy điện lớn có nhiệm vụ điều chỉnh công suất phản kháng trên lưới như Hòa Bình, Ialy, Đa Nhim, Trị An…

Trước năm 2016, trên lưới điện 500kV các đường dây dài đều được trang bị các Kháng bù ngang (KBN) để tiêu thụ công suất phản kháng do dung dẫn đường dây sinh ra. Tuy nhiên, các KBN này được đấu nối với hệ thống thông qua các DCL nên được xem như 1 phần tử cố định của đường dây.

Hiện nay, trên hệ thống điện 500kV Việt Nam hầu hết các KBN đều được trang bị máy cắt kháng. Với tiêu chí lắp đặt máy cắt kháng để đáp ứng nhanh yêu cầu điều chỉnh điện áp trên đường dây 500kV thuộc các trạm 500kV cuối nguồn theo chiều truyền tải Bắc – Nam. Ngoài ra, việc trang bị máy cắt kháng nhắm đến các mục tiêu, cụ thể như sau:

– Nâng cao khả năng linh hoạt trong điều chỉnh điện áp trên hệ thống điện nói chung và lưới điện 500kV nói riêng.

– Đảm bảo an toàn cho các thiết bị khi thực hiện việc đóng cắt kháng bù ngang.

– Đảm bảo an toàn cho các thiết bị khi tách kháng bù ngang trong trường hợp sự cố.

Việc vận hành đóng/cắt máy cắt kháng bù ngang 500kV là thao tác thường xuyên nhằm mục đích điều chỉnh lượng công suất phản kháng sinh ra trong quá trình truyền tải của đường dây 500kV, qua đó điều chỉnh điện áp cho một vùng nhất định.

– Quá trình đóng cuộn kháng bù ngang có thể gây ra các dòng xung kích có độ không đối xứng cao với hằng số thời gian lớn. Biên độ của dòng xung kích phụ thuộc hoàn toàn vào dải tuyến tính của lõi từ cuộn kháng. Nhờ có khe hở không khí trong lõi từ nên lõi từ sẽ không bị bão hòa. Mặc dù có biên độ giới hạn, nhưng dòng xung kích vẫn có những tác động không mong muốn. Nó có thể làm bão hòa cuộn dây biến dòng điện do dòng thứ tự không làm rơ le tác động nhầm hoặc gây nhiễu loạn cho hệ thống.

Ngoài ra, kháng điện là một cuộn dây có hệ số điện cảm lớn nên trong quá trình vận hành có tích trữ một năng lượng lớn, nếu thời điểm cắt cực máy cắt trước khi dòng điện qua kháng biến thiên qua trị số không sẽ xảy ra hiện tượng giải phóng năng lượng từ cuộn kháng gây quá điện áp nội bộ và mồi dẫn trở lại trong buồng cắt của máy cắt.

Quá trình cắt máy cắt kháng bù ngang, thời điểm các cực máy cắt mở ra có tính chất ngẫu nhiên cho nên có thể có một số lần thao tác xảy ra trường hợp thời điểm cực máy cắt mở ra trước thời điểm dòng điện qua kháng qua trị số không, điện áp dao động của kháng sẽ có biên độ cao hơn điện áp lưới và có thể gây ra hiện tượng quá điện áp dốc đứng. Hiện tượng này sinh ra do sự dẫn điện trở lại sẽ gây một ứng suất điện áp ở những vòng đầu tiên của cuộn dây kháng điện và quá áp này sẽ dẫn đến phá hủy cách điện của cuộn dây, lâu dài sẽ làm hư hỏng kháng điện. Không những thế hiện tượng mồi dẫn điện trở lại trong buồng cắt làm hư hỏng máy cắt kháng gây ảnh hưởng đến chế độ vận hành của hệ thống truyền tải điện.

Với lí do ở trên cho thấy việc nghiên cứu đề tài “Tính toán, đánh giá ảnh hưởng của việc đóng cắt kháng bù ngang đến chế độ vận hành của lưới điện 500kV” là một yêu cầu mang tính cấp thiết để tìm ra nguyên nhân gây hư hỏng thiết bị và sự ảnh hưởng đến hệ thống điện 500kV khi thao tác đóng cắt kháng bù ngang và đề xuất các giải pháp an toàn cho thiết bị và hệ thống.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu:

– Tính toán, phân tích tìm nguyên nhân gây hư hỏng thiết bị khi thực hiện thao tác kháng bù ngang và cô lập sự cố nội bộ kháng.

– Đề xuất giải pháp hạn chế các ảnh hưởng của quá trình đóng cắt kháng bù ngang đến thiết bị và chế độ vận hành của lưới điện 500kV.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Hệ thống truyền tải điện 500kV Việt Nam
• Các kháng bù ngang và thiết bị đóng cắt (máy cắt kháng) 500kV.

Quá trình quá độ khi đóng cắt kháng điện đang làm việc trên các đường dây truyền tải điện 500kV.

Phương pháp nghiên cứu:

– Xây dựng lưới điện truyền tải 220kV – 500kV Việt Nam trên phần mềm EMTP-RV, có cấu hình, mô hình hóa phù hợp thực tế với lưới điện 2020.

– Sử dụng phương pháp mô hình mô phỏng, tính toán đóng/cắt máy cắt kháng trường hợp vận hành bình thường và cô lập sự cố kháng. Trên cơ sở kết quả mô phỏng, phân tích đánh giá các ảnh hướng đến chế độ vận hành của lưới điện khi thao tác đóng cắt kháng bù ngang và đề xuất giải pháp hạn chế ảnh hưởng của việc đóng cắt kháng điện đến các thiết bị và hệ thống.

Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn của đề tài:

Kết quả đạt được của đề tài có thể áp dụng cho các kháng điện trên đường dây truyền tải 500kV nhằm hạn chế các tác động không tốt đối với thiết bị và hệ thống điện khi thực hiện đóng cắt kháng điện.

Tên đề tài:

Từ những lý do đã nêu ở trên, đề tài được chọn có tên là: “Tính toán, đánh giá ảnh hưởng của việc đóng cắt kháng bù ngang đến chế độ vận hành của lưới điện 500kV”.

Bố cục đề tài

Với mục tiêu đề tài như trên, bố cục luận văn gồm các phần sau:

Phần mở đầu

Mở đầu

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

• 1. Giới thiệu quá trình hình thành và phát triển hệ thống truyền tải điện 500kV Việt Nam.
  2. Hiện trạng hệ thống truyền tải điện khu vực miền Trung.
  3. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của kháng bù ngang.
  4. Các thông số chính của các KBN và MC kháng.
  5. Kết luận.

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

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

2.2. Các giải pháp điều chỉnh điện áp trong hệ thống điện

2.3. Giới thiệu phần mềm EMTP-RV.

2.4. Mô hình hóa thiết bị điện trên phần mềm EMTP-RV.

2.5. Kết luận

Chương 3: Tính toán, đánh giá ảnh hưởng của việc đóng cắt kháng bù ngang đến chế độ vận hành của lưới điện 500kV Việt Nam.

3.1. Đặt vấn đề

3.2. Xây dựng mô hình mô phỏng đóng, cắt kháng bù ngang

3.3. Tính toán đánh giá ảnh hưởng của việc đóng cắt kháng bù ngang ở chế độ làm việc bình thường.

3.4. Tính toán đánh giá ảnh hưởng của việc cắt kháng bù ngang ở chế độ sự cố.

3.5. Kết luận.

Chương 4: Tính toán, đề xuất giải pháp hạn chế ảnh hưởng của việc đóng cắt kháng bù ngang đến chế độ vận hành của lưới điện 500kV Việt Nam.

4.1.Đặt vấn đề

4.2. Sử dụng thiết bị bypass trung tính kháng bù ngang khi thao tác ở chế độ làm việc bình thường.

4.3. Sử dụng tụ TRV mắc shunt với kháng khi thao tác trong trường hợp sự cố kháng.

4.4. Kết luận

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC.

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI ĐIỆN 500KV VIỆT NAM VÀ VAI TRÒ CỦA CÁC KHÁNG BÙ NGANG

• 1. Quá trình hình thành và phát triển hệ thống truyền tải điện 500kV Việt Nam

– Ngày 27 tháng 5 năm 1994, lưới điện 500kV chính thức được đưa vào vận hành với đường dây 500kV Bắc-Nam dài gần 1500km và các trạm biến áp 500kV Hòa Bình, Hà Tĩnh, Pleiku và Phú Lâm với tổng công suất các trạm biến áp 500kV là 2700MVA, là bước ngoặt quan trọng trong quá trình phát triển của lưới điện truyền tải.

– Đến nay theo dữ liệu cập nhật từ EVNNPT, tính đến ngày 31/12/2019, tổng số km đường dây truyền tải là 25.858,94 km. Trong đó, đường dây 500kV là 8.210.73km; đường dây 220kV là 17.648,21 km. Tổng số TBA 500kV tính hến 31/12/2019 là 31 trạm với tổng dung lượng là 34050 MVA.

• 1. Hiện trạng hệ thống truyền tải điện khu vực miền Trung – Tây Nguyên.
     1. Kết cấu lưới điện miền Trung năm 2020:

1. Lưới điện truyền tải thuộc Công ty Truyền tải điện 2 quản lý.

Tính đến thời điểm tháng 12 năm 2019 lưới truyền tải điện do công ty Truyền tải điện 2 quản lý gồm: (Phụ lục 3)

– 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

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

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 4800 MVA.
• Trạm biến áp 220 KV: 11 trạm , tổng công suất 2938 MVA.
• Đường dây 500 kV: 1619,772 km.
• Đường dây 220 kV: 3083,267 km.
  • 1. Tình hình tiêu thu điện.
    2. Hiện trạng kháng và vấn đề trong quá trình vận hành kháng bù ngang.

Tính đến hết năm 2019, hệ thống điện 500kV có tất cả 30 trạm biến áp với tổng dung lượng là 33300 MVA. Các trạm biến áp 500kV được liên kết với nhau bằng 84 mạch đường dây 500kV với tổng chiều dài đường dài trên 8036km. Các đường dây dài liên kết miền có trang bị 22 tụ bù dọc với tổng dung lượng bù đạt 641.5 Ω. Ngoài ra, trên các đường dây 500kV còn trang bị 62 kháng bù ngang, trong đó có 54 kháng bù ngang có đóng cắt với tổng dung lượng đạt 5997MVAr (5411 MVAr kháng bù ngang có đóng cắt đạt tỷ lệ 90%). Như vậy, với chiều dài đường dây là 8036km, tổng dung lượng bù đạt khảng 80% công suất phảng kháng sinh ra trên các đường dây có trang bị kháng bù ngang.

Bảng 1.5: Tổng hợp Kháng bù ngang trên lưới 500kV

• 1. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của Kháng bù ngang.
     1. Cấu tạo.
     2. Nguyên lý làm việc.
  2. Các thông số chính cảu các KBN và MC kháng.

1.4.1 Tại trạm biến áp 500kV Pleiku

Tại trạm biến áp 500kV Pleiku hiện đang quản lý vận hành 06 đường dây 500kV trong đó có 03 đường dây được trang bị kháng bù ngang, tụ bù dọc và 01 kháng bù ngang thanh cái để phục vụ cho việc điều chỉnh điện áp và cân bằng công suất phản kháng, cụ thể như sau:

• Kháng điện KH502 – 3×58 MVAr đường dây 500kV Pleiku – ĐăkNông.
• Kháng điện KH505 – 3×90 MVAr đường dây 500kV Pleiku – Di Linh.
• Kháng điện KH508 – 127,8 MVAr đường dây 500kV Pleiku – Dốc Sỏi.
• Kháng thanh cái C52 KH592 – 128 MVAr.

1.4.2 Tại trạm biến áp 500kV Pleiku 2.

Tại trạm biến áp 500kV Pleiku 2 hiện đang quản lý vận hành 04 đường dây 500kV trong đó có 03 đường dây được trang bị kháng bù ngang, tụ bù dọc và 01 kháng bù ngang thanh cái để phục vụ cho việc điều chỉnh điện áp và cân bằng công suất phản kháng, cụ thể như sau:

• Kháng điện KH503, KH504 – 3×63 MVAr của 02 đường dây 500kV Pleiku 2 – Cầu Bông.
• Kháng điện KH593 – 91 MVAr đường dây 500kV Pleiku 2 – Thạnh Mỹ.
• Kháng thanh cái C52 KH594 – 128 Mvar.

1.5 Kết luận

Với cấp điện áp truyền tải, hệ thống điện Việt Nam có các cấp 220kV, 500kV. Trong đó lưới 500kV được xem là xương sống của hệ thống điện Việt Nam. Với cấp điện áp 500kV hiện tại trên lưới có rất nhiều kháng bù ngang theo thống kê đến cuối năm 2019 khoảng 62 kháng. Với kháng việc thao tác đóng/cắt hằng ngày là việc thường xuyên…

Xuất phát từ việc đóng/cắt kháng đã gây ra một số vấn đề ảnh hưởng đế thiết bị điện, hệ thống điện là gây quá điện áp cho các thiết bị trung tính, gây phóng điện qua chống sét van trung tính. Quá trình đóng cuộn kháng bù ngang có thể gây ra các dòng xung kích có độ không đối xứng cao với hằng số thời gian lớn, điều này cực kỳ nguy hiểm cho hệ thống và thiết bị.

Ngoài ra, trong trường hợp sự cố kháng khi sử dụng máy cắt kháng cắt sự cố sẽ có giá trị RRRV rất lớn, điện áp dao động lớn gây nguy hiểm cho thiết bị điện vượt tiêu chuẩn chế tạo máy cắt.

Thực tế quá trình vận hành kháng bù ngang cũng đã ghi nhận nhiều trường hợp thiệt hại xuất phát từ thao tác đóng cắt kháng và sự cố (kháng 500kV Sông Mây). CHƯƠNG 2: CƠ SỞ TÍNH TOÁN PHÂN TÍCH HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ PHẦN MỀM TÍNH TOÁN

2.1 Các phương pháp tính toán phân tích hệ thống điện

2.1.1 Phương pháp Gauss – Seidel.

2.1.2 Phương pháp giải tích mạng điện Newton – Raphson.

2.1.3 Kết luận.

Để tính toán phân bố công suất trong hệ thống điện, người ta có thể sử dụng một trong hai phương pháp trên, mỗi phương pháp đều có những ưu nhược điểm riêng của nó. Điểm chung của các phương pháp là khi một chuỗi tính toán phân bố công suất được thực hiện, các giá trị cuối cùng của các nút trong mỗi trường hợp được dùng như giá trị đầu của trường hợp tiếp theo. 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.

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. Tuy thời gian yêu cầu cho một bước lặp lớn nhưng số bước lặp của phương pháp Newton-Raphson thường ít, hầu như không phụ thuộc vào kích thước lưới điện, là phương pháp tốt nhất đứng trên quan điểm hội tụ. Do đó rất có lợi khi tính phân bố công suất trong hệ thống điện. 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. Phương pháp Newton-Raphson có thể giải cho hệ chứa điện kháng âm như mô hình máy biến áp ba cuộn dây hoặc tụ điện bù dọc cho đường dây có độ dài rất lớn làm việc song song với đường dây ngắn, hoặc hệ thống truyền tải đi xa.

2.2 Các giải 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.

2.3 Giới thiệu phần mềm EMTP-RV.

2.3.1 Giới thiệu phần mềm.

EMTP viết tắt của Electromagnetic Transients Programme nghĩa là chương trình quá độ và EMTPworks là một phần mềm dùng cho việc mô phỏng và phân tích quá trình quá độ điện trong hệ thống điện lớn hoặc các mạng điện tùy ý.

Phần mền tính toán được sự dao động về điện, điện từ khác nhau từ micro giây đến vài phút.

Thư viện của EMTPWorks có tài liệu chức năng khối mô hình của thiết bị điện cho phép người dùng để thực hiện các nghiên cứu về hệ thống điện gồm có :

• Mô hình máy điện tiên tiến.
• Mô hình chi tiết và chính xác của đường dây và cáp điện.
• Mô hình hoàn chỉnh của máy biến áp với các mô hình từ hóa và từ trể của lõi thép.
• Thư viện chứa nhiều mô hình thiết bị điều khiển.
• EMTPWorks cho phép làm việc ở các cấp độ khác nhau từ các thiết kế đơn giản đến thiết kế vô cùng lớn.

2.3.2 Sử dụng phần mềm.

2.4 Mô hình hóa thiết bị điện trên phần mềm EMTP.

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\Vu Ngoc Linh ok