Luận văn
Nghiên cứu đánh giá hiện trạng
và đề xuất một số giải pháp cải
thiện chất lượng điện áp trong
lưới điện trung áp tỉnh Thái
Nguyên

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
1
Mở đầu
Trong những năm gần đây, do sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế, tốc
độ độ công nghiệp hoá tăng nhanh, nhu cầu về điện năng ngày càng lớn đòi hỏi
ngành Điện phải đi trước một bước để tạo cơ sở cho sự phát triển của nền kinh
tế. Cùng với sự phát triển của nền kinh tế quốc dân là những yêu cầu ngày càng
khắt khe của khách hàng về chất lượng điện năng. Ngành Điện phải thực hiện
những kế hoạch phát triển nguồn và lưới phù hợp với nhu cầu của phụ tải và cải
tạo nâng cấp những khu vực hiện có, đề ra những biện pháp vận hành hợp lý để
nâng cao chất lượng điện năng, tăng công suất truyền dẫn để có thể đáp ứng
ngày càng tốt hơn những đòi hỏi ngày càng cao về sản lượng cũng như chất
lượng điện năng đồng thời tiết kiệm chi phí, giảm tổn thất và nâng cao hiệu quả
kinh tế cung cấp và sử dụng điện. Đó là một nhiệm vụ hết sức khó khăn, trong
đó việc nâng cao chất lượng điện năng ở lưới điện phân phối có ảnh hưởng
đáng kể đến chất lượng điện năng và chỉ tiêu kinh tế chung của toàn hệ thống.
Với lưới điện phân phối việc đáp ứng những yêu cầu về chất lượng điện

Chương 4 khảo sát các sơ đồ lưới điện phân phối phức tạp trong thực tế vận
hành.
Chương 4 nghiên cứu áp dụng chương trình Conus để tính toán khảo sát
CLĐA và đề xuất một số giải pháp cải thiện CLĐA trong lưới điện phân phối
tỉnh Thái Nguyên.
Tác giả chân thành gửi lời cảm ơn tới TS Nguyễn Mạnh Hiến và các thầy
cô của Bộ môn Hệ thống điện trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã tận tình
hướng dẫn, chỉ bảo giúp tác giả hoàn thành luận văn. Cảm ơn các đồng nghiệp
đã giúp đỡ trong công việc để tác giả có thời gian học tập, thu thập số liệu viết
luận văn.
Do thời gian có hạn và kiến thức còn nhiều hạn chế nên luận văn chắc
chắn còn nhiều khiếm khuyết. Tác giả chân thành mong muốn nhận được sự
chỉ bảo góp ý của thầy cô và các đồng nghiệp cùng bạn đọc quan tâm đến nội
dung luận văn này.

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
3
CHƢƠNG I
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LƢỚI ĐIỆN KHU VỰC THÁI NGUYÊN
1.1-Cấu trúc hiện tại của lưới điện Thái Nguyên và phương hướng phát triển
trong tương lai.
Thái nguyên là một tỉnh miền núi trung du, nằm trong vùng trung du và
miền núi Bắc bộ, diện tích tự nhiên 3.562,82 km2, dân số hiện nay là 1.046.000
người. Thái Nguyên là một tỉnh không lớn, chiếm 1,13% diện tích và 1,41%
dân số so với cả nước. Thái Nguyên tiếp giáp với tỉnh Bắc Cạn ở phía bắc, phía
tây giáp Vĩnh Phúc và Tuyên Quang, phía đông giáp các tỉnh Lạng Sơn và Bắc
Giang và phía nam giáp Thủ đô Hà Nội. Thái Nguyên có địa hình đa dạng bao
gồm các khu vực trung du và các vùng núi.

các nhà máy, xí nghiệp công nghiệp (xem H 1.2 - Sơ đồ lưới điện trung áp).
Các trạm trung gian đều không có hệ thống điều áp dưới tải, điện áp thanh cái
đầu ra của các trạm trung gian phụ thuộc phụ tải và điện áp đầu nguồn cấp từ
các trạm 110kV. Phụ tải của các trạm 110kV rất đa dạng, do các đường dây cấp
cho các khu vực có tính chất khác nhau như phụ tải sinh hoạt, phụ tải sản xuất
ban ngày, phụ tải sản xuất 3 ca nên biểu đồ phụ tải của các đường dây rất khác
nhau. Hơn nữa, do quy định tính giá điện vào các giờ cao điểm ngày, cao điểm
đêm và thấp điểm chênh lệch nhau lớn nên các xí nghiệp, nhà máy sử dụng
công suất lớn thường sản xuất vào giờ thấp điểm để giảm giá thành, vì vậy giá
trị P
max
và P
min
của các đường dây chênh lệch lớn song đồ thị phụ tải toàn trạm
khu vực hoặc toàn tỉnh tương đối bằng phẳng.
Do nhu cầu sản xuất phát triển nên lưới điện tỉnh Thái Nguyên có mức
tăng trưởng khá lớn, bình quân trong 5 năm gần đây là 21% mỗi năm. Với mức
độ tăng trưởng như vậy và căn cứ nhu cầu sử dụng điện của các dự án đang và
sẽ triển khai, từ nay đến năm 2010 sẽ phải xây dựng thêm 03 trạm biến áp
110kV so với 7 trạm hiện có và tăng thêm công suất của nhà máy điện Thái
Nguyên để đáp ứng yêu cầu của phụ tải. Để đáp ứng yêu cầu ngày càng cao về
chất lượng điện năng và độ tin cậy cung cấp điện, ngành điện đang tiến hành
hiện đại hoá các trạm khu vực ở cấp điện áp 110, 220kV bằng cách thay thế các
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
5
thiết bị cũ bằng những thiết bị có công nghệ tiên tiến như máy cắt khí SF6, máy
cắt chân không và các rơ le bảo vệ kỹ thuật số. Điện áp trung thế cũng có sự
thay đổi vê cấp điện áp, sẽ chú trọng phát triển lưới điện trung áp ở cấp điện áp

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
6
35/0,4kV và 6/0,4kV trên một số đường dây của trạm 220kV Quan Triều.
Thông số đo đạc tại trạm 220kV Quan Triều được thể hiện ở các trang sau.
Sơ đồ lưới 110kV
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
8

Sơ đồ đz 381

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
10
Bảng 1.2 Phụ tải trung bình tỉnh Thái Nguyên tháng 6/2007

Giờ
Ptb CN và thứ 7
Ptb thứ 2,3,4
Ptb thứ 5,6
1
112.7
114.9
117.4
2
117.6
124.3
148.0
3
114.3
116.7
138.5
4
100.5
129.6
143.0
5

138.7
13
109.5
143.4
152.3
14
123.1
135.3
143.2
15
113.3
145.8
145.8
16
122.3
148.7
150.6
17
132.2
156.0
159.5
18
161.1
180.8
194.7
19
135.8
177.0
164.0
20

Đồ thị phụ tải trung bình tỉnh Thái nguyên tháng 6/2007
0
50
100
150
200
250
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
MW
Ptb CN và thứ 7
Ptb thứ 2,3,4
Ptb thứ 5,6

370.89
20.00
4
38.00
38.32
130.75
290.44
20.67
5
38.00
45.18
170.75
280.22
20.56
6
38.00
45.86
170.89
280.56
20.67
7
38.00
45.93
170.93
280.22
20.56
8
37.64
42.79
160.04

320.56
20.22
14
37.93
44.54
210.07
410.78
20.11
15
37.96
50.29
200.11
290.00
30.56
16
37.96
51.07
200.21
240.67
40.56
17
37.93
56.54
200.50
280.00
40.11
18
37.75
66.46
220.86

200.11
20.89
24
38.00
36.29
120.96
220.22
10.22 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
13
Th«ng sè trung b×nh c¸c DZ ®o t¹i tr¹m 220(110)KV Quan triÒu th¸ng7/2007
0
10
20
30
40
50
60
70
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
-
50.00
100.00

5.54
45.64
6.50
115.08
63.86
5.00
45.68
6.50
115.14
63.25
5.36
45.25
6.30
115.11
150.71
5.64
45.57
6.30
260.46
150.75
20.86
90.96
6.30
260.86
150.36
20.57
90.71
6.30
260.82
150.07

20.61
90.68
6.30
260.61
150.96
20.54
90.11
6.30
260.89
150.86
20.54
90.57
6.30
260.39
150.39
20.29
90.57
6.30
345.07
210.07
25.36
110.75
6.30
345.93
210.93
25.00
110.21
6.30
345.46
210.68

-Độ chênh lệch giữa P
max
và P
min
trên các đường dây khá lớn. Tỷ số P
min
/P
max
của các đường dây dao động từ 15% 25%
-Chế độ max của các đường dây có tính chất công nghiệp thường trùng với chế
độ min của các đường dây có tính chất sinh hoạt, công sở.
-Đồ thị phụ tải đầu nguồn các trạm 220(110)kV tương đối bằng phẳng.
-Công suất sử dụng cũng như điện năng tiêu thụ vào các ngày nghỉ như thứ 7
và chủ nhật có giảm so với các ngày làm việc từ thứ 2 đến thứ sáu nhưng không
đáng kể.
-Tổn thất điện áp trên đường dây 35kV khá nhỏ.
-Chất lượng điện áp tại các điểm cuối đường dây 6kV vào thời điểm max
không đạt yêu cầu thể hiện ở đường dây 675 trạm trung gian Chùa Hang, tổn
thất điện áp trên lộ 675 Chùa Hang quá lớn.
Các kết quả đo đạc thực tế trên một số đường dây cũng phù hợp với các
số liệu thống kê thông số vận hành của toàn bộ lưới điện khu vực Thái Nguyên.
Ta nhận thấy chất lượng điện năng không đồng đều ở các khu vực khác nhau.
Các khu công nghiệp nặng như Gang thép, khu công nghiệp Sông Công,
Gò Đầm hầu hết đạt yêu cầu về độ lệch điện áp nhưng có hiện tượng dao động
điện áp, sóng hài trên một số đường dây hoặc trạm.
Các khu vực phụ tải sinh hoạt đô thị, công sở như thành phố Thái
Nguyên, trung tâm các thị xã, thị trấn chất lượng điện năng đạt yêu cầu.
Khu vực nông thôn, miền núi, phụ tải chủ yếu là sinh hoạt, chất lượng
điện năng không đạt yêu cầu, biểu hiện ở độ lệch điện áp thường vượt ra ngoài
tiêu chuẩn.

Với những đoạn đường dây vận hành ở cấp điện áp 35kV thì tổn thất điện áp
trên đường dây không lớn, độ lệch điện áp không đảm bảo chủ yếu do giá trị
điện áp đầu nguồn các trạm có điều áp dưới tải 220(110)kV không phù hợp ở
các chế độ max, min, nhưng với cấp điện áp 6kV và 10kV tổn thất điện áp trên
đường dây có giá trị đáng kể, đặc biệt với với những đường dây dài. Hơn nữa,
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
16
máy biến áp trung gian tạo thành một trở kháng tương đương khá lớn nối tiếp
trên đường dây làm tăng tổng trở tương đương của đường dây dẫn từ trạm khu
vực có điều áp (220kV hoặc 110kV) đến phụ tải 0.4kV, vì vậy làm trầm trọng
hơn độ chênh lệch điện áp tương đối giữa chế độ max và min.
Để đảm bảo chất lượng điện năng cần phải nghiên cứu chi tiết rất nhiều
vấn đề. Trong các tiêu chuẩn về chất lượng điện năng thì độ lệch điện áp ảnh
hưởng rất lớn đến các chỉ tiêu kinh tế của lưới điện. Với cấu trúc phức tạp của
lưới điện phân phối và những diễn biến đa dạng của độ lệch điện áp cần phải có
sự nghiên cứu kỹ lưỡng trước khi tiến hành những hiệu chỉnh cần thiết để nâng
cao chỉ tiêu chất lượng, tiết kiệm kinh phí đầu tư. Đáp ứng những đòi hỏi xuất
phát từ thực tế vận hành lưới điện phân phối, luận văn này sẽ nghiên cứu các
phương pháp đánh giá chất lượng điện năng của lưới điện, xây dựng chương
trình tính toán trên máy tính, áp dụng nghiên cứu chất lượng điện áp ở lưới
phân phối có nhiều cấp điện áp [110kV 35kV 6(10)kV 0.4kV] và đề
xuất các biện pháp cải tạo để nâng cao chất lượng điện áp.

áp định mức, điện áp thay đổi đột ngột, những xung dốc dao động hoặc điện áp
ba pha không cân bằng. Hơn nữa tính không đồng đều như tần số thay đổi, sự
không tuyến tính của hệ thống hoặc trở kháng phụ tải sẽ làm méo dạng sóng
điện áp, các xung nhọn do các thu lôi sinh ra cũng có thể được lan truyền trong
hệ thống cung cấp. Các trường hợp này được mô tả trong hình vẽ H 2.1 sau
đây:
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
18
H 2.1: Dạng sóng điện áp lý tưởng và các thay đổi của điện áp
a Dạng sóng điện áp lý tưởng.
b Các dạng thay đổi của sóng điện áp.
Các xung nhọn, xung tuần hoàn và nhiễu tần số cao có tính chất khu vực.
Nó được sinh ra một số do quá trình phóng điện của các thu lôi, do tác động
đóng cắt của các van điện tử công suất, do hồ quang của các điện cực vì vậy chỉ
có thể lan truyền trong phạm vi và thời điểm nhất định. Cũng như vậy sự biến
đổi tần số thường do các lò trung, cao tần sinh ra và mức độ lan truyền cũng
không lớn. Đối với hiện tượng điện áp thấp và điện áp cao thì có thể xảy ra ở
mọi nơi và xuất hiện dài hạn.
Để ngăn ngừa các hiệu ứng có hại cho thiết bị của hệ thống cung cấp
trong một mức độ nhất định, luật và các quy định khác nhau đã tồn tại trong các
vùng khác nhau để chắc rằng mức độ của điện áp cung cấp không được ra
ngoài dung sai đã quy định. Các đặc tính của điện áp cung cấp được chỉ rõ

10% là quá rộng. Đến năm 2006, điện áp danh định và dung sai có thể sẽ khác,
các giá trị đã bắt đầu cao hơn phù hợp hơn với HD472S1. Trong thời gian
chuyển tiếp, các vùng có hệ thống 220/380V có thể sẽ đưa ra điện áp 230/400
V +6%/-10%, các vùng khác có hệ thống 240/415V sẽ đưa ra điện áp 230/400
V +10%/-6%.
Tần số của hệ thống cung cấp phụ thuộc sự tương tác giữa các máy phát
và phụ tải, giữa dung lượng các máy phát và nhu cầu của phụ tải. Điều này có
nghĩa là sẽ khó khăn hơn cho các hệ thống nhỏ, cô lập, để duy trì chính xác tần
số so với các các hệ thống nối liền đồng bộ với một hệ thống lân cận. Trong
Eropean Communities - Cộng đồng Châu Âu tần số danh định (định mức) của
điện áp cung cấp được quy định là 50Hz. Theo EN50160 giá trị trung bình của
tần số cơ bản đo được trong thời gian hơn 10s với hệ thống phân phối nối liền
đồng bộ với một hệ thống lân cận là 50Hz±1% trong suốt 95% thời gian trong
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
20
tuần và 50Hz+4% /-6% trong 100% thời gian trong tuần. Hệ thống phân phối
không nối liền đồng bộ với một hệ thống lân cận có dải dung sai tần số là ±2%.
Dung sai tần số của EN50160 cũng giống với quy định hiện thời của các nước
thành viên.
Trong một series nghiên cứu về sự mức độ thay đổi điện áp ở khách
hàng, một công ty điện lực Anh đã ghi lại các giá trị điện áp cực đại và cực tiểu
của một số khách hàng mỗi giờ một lần. Từ các thông tin giá trị trung bình của
điện áp cực đại và cực tiểu trên khách hàng vẽ được đồ thị như hình H 2.2: H 2.2: Sự thay đổi của điện áp trên phụ tải trong ngày
Từ đồ thị biểu diễn trên ta nhận thấy sự phụ thuộc của giá trị điện áp vào
các thời điểm trong ngày, hay nói khác hơn là phụ thuộc vào quy luật hoạt động

phân phối, do vận hành các lò hồ quang điện, lò trung tần để sản xuất thép.

2.2 Độ lệch điện áp
2.2.1 Độ lệch điện áp tại phụ tải
Điện áp thực tế trên cực của các thiết bị điện so với điện áp định mức.

V%100
dm
U
dm
UU
δU

U là điện áp thực tế trên cực thiết bị điện. Độ lệch điện áp phải thoả mãn điều
kiện:
UU
-
δU

U ,δU
-
là giới hạn trên và giới hạn dưới của độ lệch điện áp.
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
22
Tiêu chuẩn về độ lệch điện áp của các nước khác nhau là khác nhau. Luật Điện
lực, Quy phạm Trang bị điện và Tiêu chuẩn kỹ thuật điện quy định điện áp
(thường được xác định tại điểm đo đếm) dao động ±5% so với điện áp định
mức trong chế độ vận hành bình thường và +5%, -10% so với điện áp định mức

-
δUUU
A2
-
δUUU
B1
-
δUUU
B2
-
δU
(1)
Từ đồ thị trên ta nhận thấy độ lệch điện áp phải luôn nằm trong vùng
gạch chéo trên H 2.3 gọi là miền chất lượng.
Nếu sử dụng tiêu chuẩn (1) thì phải đo đạc điện áp tại 2 điểm A và B
trong cả 2 chế độ max và min.
Giả thiết rằng tổn thất điện áp trên lưới hạ thế được cho trước, ta chỉ
đánh giá tổn thất điện áp trên lưới trung áp. Vì vậy ta có thể quy đổi về đánh
giá CLĐA chỉ ở điểm B là điểm đầu của LPP hạ áp và cũng là điện áp trên
thanh cái 0,4kV của trạm phân phối.
Ta biết rằng:

U
U
H2
U
H1
1
3
2
H 2.3
H 2.4
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
24

222 HBA
UUU
(2)
Với
H
U
là tổn thất trên lưới hạ áp.
Thay vào (1):

UUUU
HB 11UUUU
HB 22

phải thì 2 phương trình trên cũng thoả mãn, do đó tiêu chuẩn CLĐA chỉ còn là:
UUHU
BH 11UUHU
BH 22
(3)
Trên H 2.2 là đồ thị biểu diễn tiêu chuẩn (3), chế độ max ứng với công
suất P
max
còn chế độ min ứng với công suất P
min
của phụ tải.
Tiêu chuẩn này được áp dụng như sau: Cho biết
H
H
ví dụ 5% theo tiêu
chuẩn tổn thất điện áp trên lưới hạ áp. Biết P
max
, P
min
ta sẽ tính được
2H
H
=
(P
min
/P
max