Các giải pháp nâng cao hiệu quả vận hành lưới điện phân phối Điện lực Phú Vang – Công ty Điện lực Thừa Thiên Huế giai đoạn 2020-2025
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Hiện nay, các giải pháp nâng cao hiệu quả vận hành lưới điện phân phối theo công nghệ mới ngày càng được đưa vào ứng dụng rộng rãi trên lưới điện phân phối 22kV, các thiết bị đóng cắt tự động được đầu tư ngày càng nhiều, kết nối hệ thống SCADA vận hành an toàn, tin cậy và hiệu quả.
Lưới điện phân phối tỉnh Thừa Thiên Huế nói chung và huyện Phú Vang nói riêng hiện nay vẫn đang vận hành hở. Các thiết bị phân đoạn đóng cắt thủ công nên khi có sự cố xảy ra trên lưới điện, phải mất một thời gian để nhân viên vận hành thực hiện thao tác cô lập điểm sự cố, thay đổi kết lưới chuyển tải cấp điện trở lại cho khách hàng.
Việc này dẫn đến một số lượng lớn khách hàng sẽ bị gián đoạn cung cấp điện trong thời gian kiểm tra, phân vùng sự cố và thao tác đóng cắt điện. Về phía Công ty Điện lực, các thiệt hại có thể định lượng được bao gồm: mất lợi nhuận tương ứng với phần điện năng bị mất không bán được do khách hàng bị ngừng cấp điện; giảm độ tin cậy cung cấp điện cho khách hàng. Các thiệt hại không lượng hoá được bao gồm: sự phàn nàn của khách hàng, ảnh hưởng bất lợi đến kinh doanh trong tương lai và phản ứng của dư luận xã hội gây sụt giảm uy tín của Công ty.
Công ty Điện lực Thừa Thiên Huế đã và đang thực hiện đầu tư các giải pháp về công nghệ mới, công nghệ tự động nhằm mục đích nâng cao hơn nữa khả năng cấp điện, nâng cao chất lượng điện năng, làm tăng sản lượng điện thương phẩm cũng như nâng cao sự hài lòng của khách hàng cho Công ty.
Do đặc điểm hiện trạng khu vực huyện Phú Vang tập trung nhiều phụ tải sản xuất lớn như khu nuôi trồng thủy sản ven biển Phú Thuận, Vinh Thanh, Vinh An, Vinh Mỹ và phụ tải dịch vụ các khu nghỉ dưỡng cao cấp đã và đang được hình thành ở khu vực các xã Vinh Xuân, xã Vinh Thanh, Vinh An, Vinh Mỹ nên nhu cầu tự động hóa lưới điện trong khu vực này là rất cao.
Xuất phát từ yêu cầu thực tế đó, việc nghiên cứu các giải pháp nâng cao hiệu quả vận hành lưới điện phân phối theo công nghệ mới trên địa bàn huyện Phú Vang để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện là rất cần thiết
Chính vì những nguyên nhân trên, học viên đã chọn đề tài “ Các giải pháp nâng cao hiệu quả vận hành lưới điện phân phối Điện lực Phú Vang – Công ty Điện lực Thừa Thiên Huế giai đoạn 2020-2025”.
1. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu:
1.1 Mục tiêu
Đề tài đi sâu vào nghiên cứu các giải pháp nâng cao hiệu quả vận hành lưới điện trong đó tập trung ứng dụng các giải pháp công nghệ tự động hóa lưới điện (DAS) nhằm phối hợp tự động các thiết bị đóng cắt, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, giảm thiểu thời gian mất điện.
1.2 Nhiệm vụ
- Nghiên cứu đặc điểm sự cố lưới điện phân phối và hiện trạng tự động hoá của lưới điện, lựa chọn và đề xuất giải pháp tự động phân vùng sự cố phù hợp với lưới điện hiện tại.
- Giám sát, xây dựng thuật toán điều khiển tự động.
- Quản lý cơ sở dữ liệu tính toán độ tin cậy hệ thống điện.
2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu công nghệ DAS áp dụng vào lưới điện phân phối 22kV từ đó tính toán các chỉ số độ tin cậy.
Phạm vi nghiên cứu: Tự động hóa lưới điện phân phối huyện Phú Vang có điện áp 22kV, cấu trúc hình tia hoặc mạch vòng kín nhưng vận hành hở.
3. Phương pháp nghiên cứu:
– Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Thu thập và nghiên cứu các tài liệu trong và ngoài nước đề cập đến các thiết bị liên quan, các vấn đề độ tin cậy cung cấp điện, tự động hóa lưới điện phân phối.
– Thu thập số liệu: Các số liệu từ Công ty Điện lực Thừa Thiên Huế, Phòng Kế hoạch-Kỹ thuật Điện lực Phú Vang, thực tế từ lưới phân phối 22kV Điện lực Phú Vang.
– Xây dựng mô phỏng bằng phần mềm PSS/ADEPT 5.0
– Xem xét ứng dụng phù hợp với lưới điện thực tế.
4. Nội dung chính của đề tài:
Chương 1: Tổng quan hiện trạng lưới điện và độ tin cậy cung cấp điện tại Điện lực Phú Vang.
Chương 2: Phân tích hiện trạng hệ thống tự động hóa lưới điện Phân phối huyện Phú Vang.
Chương 3: Nghiên cứu về tự động hoá lưới điện phân phối (DAS) và nguyên tắc phối hợp giữa các thiết bị phân đoạn tự động.
Chương 4: Ứng dụng tự động hóa cải tạo lưới điện và đánh giá hiệu quả đầu tư.
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN HIỆN TRẠNG LƯỚI ĐIỆN VÀ ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN TẠI ĐIỆN LỰC PHÚ VANG
1.1. Đặc điểm lưới điện huyện Phú Vang, tỉnh Thừa Thiên Huế
Điện lực Phú Vang quản lý vận hành đường dây và TBA đến cấp điện áp 22kV trên địa bàn 22 đơn vị hành chính xã, phường, thị trấn thuộc các huyện Phú Vang, Thành Phố Huế, Huyện Phú Lộc của tỉnh Thừa Thiên Huế diện tích trên 380km2.
Lưới điện sử dụng phần lớn là đường dây trên không nên chịu ảnh hưởng lớn bởi thời tiết và môi trường, đặc biệt là khí hậu ven biển, ven đầm phá Tam Giang, lưới điện thường hay xảy ra hư hỏng do chim, chuột, động vật bò sát, giông sét đặc biệt chịu ảnh hưởng do bão lụt thường xuyên xảy ra hàng năm.
Với lưới điện có đặc điểm trải dài vì vậy trong giới hạn của đề tài ta tập trung nghiên cứu các xuất tuyến trung thế từ TBA 110kV Huế 3 là XT 472, 474, 476, 478, 480 Huế 3 và XT 472-474 Phú Bài làm đối tượng nghiên cứu đặc trưng và điển hình cho lưới điện huyện Phú Vang.
1.2. Đặc điểm về sự cố lưới điện phân phối khu vực huyện Phú Vang.
1.2.1. Suất sự cố lưới điện phân phối
Khu vực lưới điện huyện Phú Vang trải dài ven biển duyên hải, mỗi năm thường chịu ảnh hưởng của 6-7 cơn bão, là khu vực tiếp giáp đồng bằng và biển nên thường xuyên xảy ra giông sét.
Qua theo dõi số vụ sự cố các năm 2020-2022 ta thấy số vụ sự cố có chiều hướng gia tăng, lũy kế số vụ sự cố 9 tháng đầu năm 2022 đã xấp xỉ tổng số vụ sự cố năm 2021, số vụ sự cố thường tăng cao vào các tháng 7 đến tháng 10 hàng năm, nguyên nhân là vào các tháng này là ảnh hưởng của các cơn bão, áp thấp nhiệt đới
1.2.2. Phân loại nguyên nhân sự cố trên lưới điện phân phối.
Qua theo dõi nguyên nhân sự cố trong 9 tháng đầu năm 2022 Trong đó các nguyên nhân chiếm tỉ trọng cao là do chim vi phạm khoảng cách pha đất chiếm đến 27%, sự cố do bò sát chiếm 9%, sự cố do vi phạm HLT chiếm 11% và giông sét, bảo lụt chiếm đến 15%, đó là các nguyên nhân sự cố chính.
1.3. Độ tin cậy cung cấp điện và các giải pháp nhằm nâng cao độ tin cậy:
1.3.1. Độ tin cậy cung cấp điện
Độ tin cậy là khả năng mà một phần tử hay hệ thống thực hiện một chức năng, yêu cầu trong một giới hạn đã cho ở một thời điểm nhất định, trong một điều kiện làm việc nhất định. Độ tin cậy theo nghĩa rộng là một tính chất phức hợp, nó bao gồm các tính chất chủ yếu của đối tượng: tính không hỏng, tính sửa chữa, tính bảo quản và tính lâu bền.
1.3.2. Các thiệt hại do ngừng cung cấp điện
Thiệt hại ngừng cung cấp điện phải được xác đinh đầy đủ bao gồm: Thiệt hại từ Công ty Điện lực và thiệt hại của khách hàng dùng điện. Về phía các Công ty Điện lực, các thiệt hại có thể định lượng được bao gồm: Mất lợi nhuận tương ứng với phần điện năng bị mất không bán được do khách hàng bị ngừng cung cấp điện, tăng chi phí do phải sửa chữa các hư hỏng lưới điện và chi phí bồi thường cho khách hàng nếu việc ngừng cung cấp điện do lỗi chủ quan. Các thiệt hại không định lượng được bao gồm: sự phàn nàn của khách hàng, ảnh hưởng bất lợi đến kinh doanh trong tương lai và phản ứng của dư luận xã hội.
1.3.3. Những yếu tố ảnh hưởng đến độ tin cậy cung cấp điện
– Liên quan đến thiết bị;
– Cấu trúc lưới điện;
– Hệ thống tổ chức quản lí và vận hành:
– Ảnh hưởng môi trường;
– Yếu tố con người.
1.3.4. Các chỉ tiêu độ tin cậy cung cấp điện
a) SAIDI : Chỉ số thời gian mất điện trung bình của lưới điện phân phối. SAIDI được tính bằng tổng thời gian mất điện kéo dài của khách hàng sử dụng điện chia cho tổng số khách hàng sử dụng điện
b) SAIFI: Chỉ số về số lần mất điện trung bình của lưới điện phân phối. SAIFI được tính bằng tổng số khách hàng bị mất điện kéo dài chia cho tổng số khách hàng sử dụng điện trong khu vực theo công thức sau:
c) MAIFI:Chỉ số về số lần mất điện thoáng qua trung bình của lưới điện phân phối. MAIFI được tính bằng tổng số khách hàng bị mất điện thoáng qua chia cho tổng số khách hàng sử dụng điện trong khu vực theo công thức sau:
1.3.5. Một số giải pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện.
1.3.5.1. Giải pháp lập kế hoạch bảo dưỡng thiết bị.
Đây là một giải pháp dự đoán để đánh giá độ tin cậy. Độ tin cậy của hệ thống được tính toán trước khi bảo dưỡng. Xem như cường độ sự cố của thiết bị sau khi bảo dưỡng giảm so với trước khi bảo dưỡng tức là nguy cơ sự cố cũng sẽ giảm. Để lập kế hoạch bảo dưỡng thiết bị ta sử dụng phương pháp giảm nguy cơ sự cố.
1.3.5.2. Giải pháp lựa chọn phương thức kết lưới cơ bản
Phương thức vận hành ở chế độ làm việc bình thường, theo mùa trong năm hay phương thức vận hành khi có sự cố được lựa chọn trên cơ sở so sánh một số chỉ tiêu độ tin cậy được tính toán SAIDI, SAIFI, CAIDI, CAIFI và chỉ tiêu khả năng sẵn sàng phục vụ ASAI của các phương thức vận hành. Phương án được lựa chọn là phương án có các chỉ tiêu SAIDI, SAIFI, CAIDI, CAIFI tính toán được là nhỏ nhất.
1.3.5.3. Giải pháp đồng bộ hóa trên thiết bị.
Việc đầu tư thiếu đồng bộ và đa dạng về chủng loại thiết bị trên lưới ảnh hưởng rất lớn đến hiệu suất lưới điện. Thực chất của giải pháp này là việc hoán chuyển vị trí các thiết bị đóng cắt trên lưới, nhằm đồng bộ hoá thiết bị theo từng xuất tuyến để nâng cao khả năng phối hợp của các thiết bị đồng thời mở rộng khả năng đầu tư RTU (thiết bị đầu cuối) phục vụ ứng dụng các giải pháp, công nghệ tự động hoá lưới điện.
1.3.5.4. Giải pháp phân đoạn đường dây.
Đây là giải pháp nâng cao độ tin cậy bằng cách phân chia lưới thành những đoạn nhỏ để khi sự cố thì việc cô lập được dễ dàng hơn, thời gian sự cố nhỏ hơn.
1.3.5.5. Giải pháp tự động hóa lưới điện phân phối.
Hệ thống tự động hoá lưới điện phân phối (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 lưới điện phân phối, nhờ đó cô lập được phân đoạn sự cố, khôi phục việc cung ứng điện cho phần còn lại của hệ thống không bị sự cố.
1.3.6. Áp dụng cho lưới điện phân phối Điện lực Phú Vang.
Hiện nay lưới điện phân phối Điện lực Phú Vang, đã ứng dụng các giải pháp nhằm nâng cao độ tin cây cung cấp điện. Từng bước hiện đại hóa, hệ thống mini SCADA đã được đầu tư và vận hành tin cậy ổn định.
Lưới điện được đầu tư nguồn khá ổn định với hệ thống được cấp nguồn từ các TBA 110kV Huế 3, TBA 110kV Phú Bài ngoài ra còn liên lạc với các TBA 110kV Huế 1, TBA 110kV Huế 2. Đường dây 22kV được xây dựng với khả năng mang tải dự phòng cao nhiều mạch khép vòng từ nhiều phía, trong những năm gần đây đã được đầu tư các thiết bị công nghệ mới (Recloser, RMU, LBS…).
Với những lý do trên việc ứng dụng hệ thống tự động hoá lưới điện phân phối (DAS) cho lưới điện phân phối Điện lực Phú Vang là cần thiết nhằm phối hợp giữa các điểm phân đoạn trên lưới điện phân phối, nhờ đó tự động khôi phục cung ứng điện cho phần còn lại của hệ thống không bị sự cố, đồng thời xác định, cô lập vùng sự cố trong thời gian ngắn nhất, giảm thiếu tối đa khách hàng bị mất điện cũng như giảm được thời gian tìm và khắc phục sự cố trên lưới điện, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện.
Trong chương này đã trình bày sơ lược về quy mô hiện trạng lưới điện của Điện lực Phú Vang, ưu nhược điểm của lưới điện và các thiết bị đang được sử dụng trên lưới điện.
Bên cạnh đó đã giới thiệu về các chỉ tiêu độ tin cậy, suất sự cố lưới điện, đề cập một số giải pháp nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp điện. Việc triển khai lắp đặt các thiết bị tự động phân đoạn, các thiết bị cảnh báo và phát hiện sự cố, xây dựng giải pháp tự động hoá là những bước đi đầu tiên và đúng đắn để triển khai tự động hoá trên lưới điện tỉnh Thừa Thiên Huế. Nhận thức được tầm quan trọng của việc cần nâng cao độ tin cậy cung cấp điện việc nghiên cứu, xây dựng hệ thống tự động hóa lưới điện phân phối (DAS) trên địa bàn huyện Phú Vang nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp điện là hết sức cần thiết.
CHƯƠNG 2
PHÂN TÍCH HIỆN TRẠNG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HOÁ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI HUYỆN PHÚ VANG
2.1. Các công nghệ và thiết bị tự động tại lưới điện Điện lực Phú Vang.
2.1.1. Tổng quan về hệ thống SCADA
Trung tâm điều khiển của Điện lực Thừa Thiên Huế ra đời vào tháng 8/2015. Hiện trung tâm đang sử dụng hệ thống SCADA để giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu từ xa.
+ Đối với các trạm biến áp
– Sử dụng phần mềm SCADA phần mềm SYS/600 của hãng ABB. Phần mềm này có thể lưu trữ lượng dữ liệu lớn và vận hành ổn định.
– Mỗi trạm biến áp được gắn một địa chỉ IP để kết nối vào hệ thống SCADA.
+ Đối với lưới 22kV
– Sử dụng phần mềm SCADA SYS 600 của hãng ABB.
– Truyền thông bằng:
- Sóng vô tuyến (UHF, VHF): có các trạm phát, có các dải tần số riêng .
- Sóng 3G.
– Sử dụng RTU để tổng hợp dữ liệu.
– Giao thức truyền tin là IEC 101, 104.
– Các xuất tuyến phân phối 22kV được giám sát và điều khiển qua phần mềm SYS/600 của hãng ABB tại trung tâm điều khiển xa, theo dữ liệu thời gian thực.
2.1.2. Chức năng chính của hệ thống Trung tâm điều khiển
- Điều khiển
– Thao tác toàn bộ các thiết bị nhất thứ từ xa:
+ Điều khiển máy cắt.
+ Điều khiển Recloser, LBS.
+ Điều khiển máy biến áp: chuyển nấc phân áp MBA, các nhóm quạt làm mát.
+ Điều khiển hệ thống tự dùng, chiếu sáng.
– Thao tác các thiết bị nhị thứ bên trong trạm:
+ Tái lập (reset) rơle từ xa.
+ Điều khiển bật/tắt các chức năng bảo vệ, chuyển nhóm bảo vệ.
- Giám sát và thu thập dữ liệu trạng thái, cảnh báo
– Đối với máy cắt và dao cách ly:
+ Trạng thái Đóng/Cắt của MC.
+ Trạng thái DCL.
+ Trạng thái dao tiếp địa.
+ Các tín hiệu MC cảnh báo/tác động.
+ Cảnh báo khí SF6.
+ Trạng thái tại chỗ/từ xa (Local/Remote).
+ Giám sát cuộn cắt của MC.
+ Trạng thái các Aptomat…
– Đối với recloser, LBS:
+ Trạng thái Đóng/Cắt của recloser, LBS.
– Đối với máy biến áp giám sát các trạng thái như:
+ Nhiệt độ cuộn dây.
+ Nhiệt độ dầu.
+ Nấc phân áp.
+ Chế độ làm việc của bộ điều áp dưới tải (Auto/Manual).
+ Chế độ làm việc của quạt làm mát (Auto/Manual).
+ Trạng thái điều khiển bộ điều áp dưới tải (Local/Remote)..
+ Trạng thái điều khiển quạt làm mát (Local/Remote).
+ Bảo vệ rơle tác động/cảnh báo.
– Đối với hệ thống bảo vệ:
+ Trạng thái của các đèn tín hiệu bảo vệ.
+ Trạng thái của toàn bộ các tín hiệu Input/Output bảo vệ.
+ Trạng thái của các chức năng bảo vệ.
+ Cảnh báo cháy nổ trong TBA.
- Giám sát và thu thập dữ liệu đo lường từ rơle, BCU
– Dòng điện 3 pha, dòng trung tính.
– Điện áp 3 pha.
– Công suất tác dụng.
– Công suất phản kháng.
– Hệ số công suất …
– Giám sát hình ảnh, bảo vệ, chống cháy nổ
2.1.3. Các thiết bị tự động hoá chính trên lưới điện
Recloser là một thiết bị đóng cắt tự động dùng cho lưới phân phối đến cấp điện áp 38kV. Recloser là thiết bị gồm máy cắt và mạch điều khiển có khả năng cảm nhận tín hiệu dòng điện, định thời gian cắt và tự động đóng lặp lại để cung cấp điện trở lại cho đường dây khi có sự cố thoáng qua. Nếu sự cố là vĩnh cửu, Recloser sẽ cắt hẳn sau một số lần đóng lại (tùy chỉnh định và thường là 3 lần).
2.1.3.2. LBS kiểu kín
Dao cách ly có tải (LBS) là dạng phát triển của dao cách ly thông thường với công nghệ chế tạo các tiếp điểm và phương pháp dập hồ quang cho phép thao tác đóng cắt với dòng điện làm việc ở các chế độ vận hành bình thường trong điều kiện nhất định. Điều này cho phép giảm thời gian mất điện đồng thời nâng cao tính an toàn cho nhân viên vận hành
F:\DỮ LIỆU MỚI CẦN ĐỔI TÊN VÀ ĐĂNG 2025\TAI LIEU C YEN-2024\LUẬN VĂN\CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO HIỆU QUẢ VẬN HÀNH LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI ĐIỆN LỰC PHÚ VANG – CÔNG TY ĐIỆN LỰC THỪA THIÊN HUẾ GIAI ĐOẠN 2020-2025\TOM TAT
