1

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

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN

*
Tạ Quang Thắng SỬ DỤNG THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG CÁCH LY PHẦN TỬ SỰ CỐ
TRONG LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI NHẰM NÂNG CAO ĐỘ TIN
CẬY CUNG CẤP ĐIỆN VÀ ÁP DỤNG CHO LƢỚI ĐIỆN
THÀNH PHỐ THÁI NGUYÊN
LUẬN VĂN THẠC SĨ: THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN LUẬN VĂN THẠC SĨ: THIẾ T BỊ MẠ NG VÀ NHÀ MÁ Y ĐIỆ N
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS - TS Đặng Quốc Thống

Thái Nguyên, năm 2010
3

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

MỤC LỤC
MỤC LỤC 1
LỜI CAM ĐOAN 5
LỜI CÁM ƠN 6
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 7
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 9
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU 10
PHẦN MỞ ĐẦU 11
1. Lý do lựa chọn đề tài: 11
2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: 12
3. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài: 12

4

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

3.3.2 So sánh các phương pháp tự động hoá lưới phân phối ngầm (mạch vòng đơn,
nhiều mạch vòng, mạch dự phòng): 46
3.3.3 So sánh các thiết bị đóng cắt mạch điện: 47
a) So sánh các thiết bị đóng, cắt của đường dây phân phối trên không (ĐDK): 47
b) So sánh các thiết bị đóng cắt dành cho đường cáp ngầm: 48
3.3.4 So sánh các hệ thống thông tin để kết nối giữa TCR và RTU, giữa TCM và
TCR: 50
3.4 Phương hướng phát triển của DAS trong tương lai: 52
CHƢƠNG 4: MÔ HÌNH PHÂN ĐOẠN LƢỚI ĐIỆN TRUNG ÁP VÀ TÍNH TOÁN
KỲ VỌNG THIẾU HỤT ĐIỆN NĂNG 53
4.1 Mô hình I - đường dây một nguồn, không phân đoạn: 53
4.2 Mô hình II - đường dây một nguồn, phân đoạn bằng dao cách ly (M phân đoạn): 55
4.3 Mô hình III: Đường dây hai nguồn, phân đoạn bằng dao cách ly (M phân đoạn): 56
4.4 Mô hình IV - đường dây một nguồn, phân đoạn bằng DAS (M phân đoạn): 57
4.5 Mô hình V - đường dây hai nguồn, phân đoạn bằng DAS (M phân đoạn): 58
CHƢƠNG 5: ÁP DỤNG DAS VÀO LƢỚI PHÂN PHỐI THÁI NGUYÊN 59
5.1 Hiện trạng lưới điện Thái Nguyên: 59
5.1.1 Tổng quan về lưới điện Thái Nguyên: 59
5.1.2. Lưới điện: 60
5.1.2.1. Lưới 220kV 60
5.1.2.2. Lưới 110kV. 60
5.1.2.3 Lưới phân phối Thái Nguyên: 75
5.1.3 Các thiết bị đóng cắt trên lưới: 84
a) Máy cắt: 84
b) Recloser: 85
c) Cầu dao phụ tải: 86


LI CAM OAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Tất cả các số liệu và kết quả trong luận văn là trung thực và ch-a từng
đ-ợc công bố trong bất kỳ công trình nào khác.

6

S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn
LI CM N
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành, lòng biết ơn sâu sắc đến:PGS -TS
Đặng Quốc Thống ng-ời h-ớng dẫn và chỉ dạy tận tâm cho tôi trong

U: Độ lệch điện áp.
P: Tổn thất công suất.
A: Tổn thất điện năng.
V: Độ dao động điện áp.
TĐL: Thiết bị tự động đóng lại.
TĐD: Thiết bị tự động đóng dự phòng.
DCLTĐ: Dao cách ly tự động.
DNM: dao ngắn mạch.
Recloser: Máy cắt đóng lặp lại.
CB (Circuit Breaker): Máy cắt.
SW (Switch): Cầu dao.
FDR (Fault Detecting Relay) - Rơle phát hiện sự cố.
SPS (Switch Power Supply) - Cầu dao nguồn cấp.
PVS (Pole-mounted Vacuum Switch) - Cầu dao tự động lắp trên cột.
RTU (Remote Terminal Unit) - Thiết bị đầu cuối.
8

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

FSI (Fault Section Indicator) - Bộ chỉ thị phân đoạn sự cố
CRT: Màn hình điện tử.
TCR (Telecontrol Remote Unit): Thiết bị nhận tín hiệu điều khiển từ xa.
TCM (Telecontrol Master Unit): Máy chủ điều khiển từ xa.
CD (Control Desk): Bàn điều khiển.
HTĐ: Hệ thống điện.

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

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 2.1: Sự cố chạm đất một pha trong lưới có dòng chạm đất bé. 23
Hình 2.2: Sơ đồ xác định góc lệch pha 
0
. 25
Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý sử dụng chung bộ xác định hướng công suất thứ tự không cho
các xuất tuyến của một trạm. 26
Hình 2.4: Sơ đồ nguyên lý bảo vệ chống chạm đất chập chờn. 27
Hình 2.5: Sơ đồ sử dụng TĐL để loại trừ sự cố. 30
Hình 2.6: Sơ đồ sử dụng Recloser để loại trừ sự cố. 30
Hình 3.1: Cấu hình của DAS 32
Hình 3.2: Cấu trúc giai đoạn 1 của DAS. 33
Hình 3.3 Lắp đặt SPS cho lưới hình tia 35
Hình 3.4 Lắp đặt SPS cho lưới mạch vòng 36
Hình 3.5: Nguyên lý hoạt động ở lưới hình tia 39
Hình 3.6: Nguyên lý hoạt động ở lưới có nguồn cả 2 phía. 40
Hình 3.7: DAS áp dụng cho hệ thống cáp ngầm. 41
Hình 3.8: Cấu trúc giai đoạn 2 của DAS. 42
Hình 3.9: Quá trình phục hồi sau sự cố. 45
Hình 4.1: Đường dây một nguồn, không phân đoạn. 53
Hình 4.2: Đường dây một nguồn, phân đoạn bằng dao cách ly. 55
Hình 4.3: Đường dây hai nguồn, phân đoạn bằng dao cách ly. 56
Hình 4.4: Đường dây một nguồn, phân đoạn bằng DAS. 57
Hình 4.5: Đường dây hai nguồn, phân đoạn bằng DAS. 58
Hình 5.1 Sơ đồ 1 sợi trạm 220kV Thái Nguyên E6.2 66
Hình 5.2 Sơ đồ 1 sợi trạm 110kV Gò Đầm E6.3 67
Hình 5.3 Sơ đồ 1 sợi trạm 110kV Đán E6.4 68

Bảng 5.4 Thống kê mang tải hiện tại của các đường dây trung thế sau các trạm Trung gian
81
Bảng 5.5: Thống kê số lần sự cố (năm 2009). 83
Bảng 5.6: Các đường dây xảy ra nhiều sự cố (năm 2009). 84
Bảng 5.7: Thời gian mất điện trên các phân đoạn. 90
Bảng 5.8: Số vụ sự cố vĩnh cửu trên đường dây trung áp. 91
Bảng 5.9: Công suất trung bình và chiều dài đường trục các phân đoạn thuộc lộ 377 E6.2.
92
11


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

2. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu:
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là các giải pháp tự động đang được sử dụng
để đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện trong lưới phân phối và phân tích vai trò của
DAS trong việc nâng cao độ tin cậy khi được áp dụng vào lưới phân phối.
Phạm vi nghiên cứu gồm các nội dung: phát hiện, cách ly các phần tử sự cố
trong lưới phân phối trung áp có dòng chạm đất bé và nghiên cứu công nghệ DAS,
hiệu quả khi áp dụng DAS vào lưới phân phối.
3. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài:
Các giải pháp nghiên cứu trong đề tài có tác dụng: nhanh chóng phân vùng sự
cố, loại trừ sự cố, rút ngắn thời gian mất điện, giảm kỳ vọng thiếu hụt điện năng hay
cũng chính là nâng cao độ tin cậy cung cấp điện.
Phân tích cấu trúc, nguyên lý làm việc, đặc tính làm việc và thông số kỹ thuật
các thiết bị của hệ thống DAS. Đề tài phân tích một số lợi ích về kinh tế khi ứng
dụng DAS.
Đề tài có thể mở rộng theo hướng nghiên cứu các công nghệ tự động hoá hiện
đại khác như SCADA, EMS để áp dụng vào hệ thống điện và sự kết hợp của các
công nghệ này. 13


14

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

xa,…Các thiết bị này được phối hợp chặt chẽ với nhau để phát huy tối đa hiệu quả
của chúng nhằm thoả mãn các nhiệm vụ của tự động hoá lưới phân phối.
Các hệ thống tự động hoá hiện đại đang áp dụng cho lưới phân phối hiện nay
là SCADA (hệ thống giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu), EMS (hệ thống điều
khiển các quá trình năng lượng), DAS (hệ thống phân phối tự động).
1.2 Nhiệm vụ của tự động hoá lƣới phân phối:
1.2.1 Nâng cao chất lƣợng điện năng (U,f):
Tần số và điện áp là hai thông số chất lượng của điện năng.
Các thiết bị dùng điện và cả thiết bị phân phối điện đều được thiết kế để làm
việc tốt với tần số và điện áp nhất định (giá trị định mức). Khi tần số và điện áp lệch
khỏi giá trị định mức thì thiết bị điện sẽ làm việc kém chất lượng và nếu độ lệch quá
lớn có thể dẫn đến hư hỏng thiết bị.
a) Nâng cao chất lƣợng tần số:
Chất lượng tần số được đánh giá bằng 2 chỉ tiêu:
- Độ lệch tần số so với tần số định mức:
f% = (f - f
đm
).100/ f
đm

Độ lệch tần số phải nằm trong giới hạn cho phép:
f
min
 f  f
maz


max
– U
min
).100/U
đm

Độ dao động phải nằm trong giới hạn cho phép.
- Độ không đối xứng:
Sự không đối xứng của điện áp được đặc trưng bởi thành phần thứ tự nghịch
của điện áp U
2
.
Đối với thiết bị điện khác nhau thì quy định về giá trị của U
2
cũng khác nhau.
Ví dụ trên cực thiết bị dùng điện 3 pha đối xứng U
2
không được vượt quá 2%U
đm

còn trên cực các động cơ không đồng bộ U
2
cho phép được xác định theo điều kiện
phát nóng và có thể lớn hơn 2%.
- Độ không sin:
U
j
=

2

lượng điện áp xấu.
Tự động điều chỉnh đầu phân áp thường được lắp ở các trạm biến áp trung
gian nhằm đảm bảo chất lượng điện áp cho mỗi đầu ra các xuất tuyến.
Máy bù tĩnh SVC và các bộ tụ đóng cắt có điều khiển thường được đặt tại các
nút phụ tải. Vị trí đặt này được tính toán sao cho đảm bảo điện áp của các nút tải và
phân bố tối ưu luồng công suất phản kháng.
Các bộ tụ đóng cắt có điều khiển, công suất phản kháng được điều chỉnh nhảy
cấp và cũng không thể tiêu thụ công suất phản kháng khi trên lưới dư thừa công suất
này. Máy bù tĩnh khắc phục được hai nhược điểm này. Nhờ áp dụng thành tựu của
kỹ thuật điện tử công suất, đó là ứng dụng các Thyristor công suất lớn, SVC có thể
17

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

thay đổi công suất từ 0 đến trị số định mức trong thời gian không quá 1/4 chu kỳ tần
số điện công nghiệp.Với việc sử dụng đồng thời cả kháng và tụ, SVC có thể phát
hoặc tiêu thụ công suất phản kháng.
Khi áp dụng các biện pháp tự động hoá nêu trên, chất lượng điện năng trên
lưới phân phối sẽ được đảm bảo tốt hơn rất nhiều. Tần số và điện áp sẽ luôn được
duy trì trong khoảng giới hạn cho phép.
1.2.2 Nâng cao độ tin cậy cung cấp điện:
Độ tin cậy là khả năng để hệ thống hay phần tử hoàn thành đầy đủ nhiệm vụ
yêu cầu trong khoảng thời gian nhất định và trong điều kiện vận hành nhất định.
Để đánh giá độ tin cậy của các thiết bị bảo vệ và tự động thường sử dụng khái
niệm độ sẵn sàng.
Độ sẵn sàng là xác suất để hệ thống hay phần tử hoàn thành hoặc sẵn sàng
hoàn thành nhiệm vụ trong thời điểm bất kỳ.
Độ sẵn sàng được tính bằng tỷ số giữa thời gian hệ thống ở trạng thái tốt và
tổng thời gian hoạt động.
Độ tin cậy của hệ thống điện còn được đánh giá thông qua các chỉ tiêu sau:

không làm giảm độ tin cậy trong trường hợp này bằng cách đặt các phần tử dự
phòng và thiết bị tự động đóng dự phòng TĐD.
TĐD là thiết bị làm nhiệm vụ tự động đưa các phần tử dự phòng vào thay thế
các phần tử làm việc khi các phần tử này bị sự cố.
Với TĐD số lần mất điện trong năm sẽ được giảm xuống, độ tin cậy cung cấp
điện của lưới được nâng cao.
Các thiết bị tự động hoá trình bày ở trên là những giải pháp hữu hiệu để nâng
cao độ tin cậy cung cấp điện và được sử dụng rộng rãi trên lưới.
19

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

1.2.3 Nâng cao chỉ tiêu kinh tế trong vận hành lƣới điện:
Hai chỉ tiêu kinh tế quan trọng mà mục tiêu của công tác vận hành phải đạt
được hai chỉ tiêu này là giảm tổn thất công suất tác dụng P (hay tổn thất điện năng
A) và giảm chi phí vận hành, bảo dưỡng.
Thiết bị tự động điều chỉnh đầu phân áp, các bộ tụ đóng cắt có điều khiển và
SVC cho phép giữ được điện áp của lưới trong giới hạn quy định đồng thời nếu
được tính toán chính xác chúng còn đảm bảo phân bổ tối ưu luồng công suất phản
kháng chạy trên lưới. Nếu thiết lập được phương thức vận hành hợp lý, các thiết bị
này sẽ giảm được tổn thất công suất tác dụng, tổn thất công suất phản kháng trên
lưới do việc truyền tải công suất vô công trên lưới giảm. Lợi nhuận từ việc giảm
được tổn thất công suất tác dụng sẽ nhanh chóng bù đắp được chi phí đầu tư lắp đặt
các thiết bị này.
Các hệ thống tự động hoá hiện đại (ví dụ: EMS) có khả năng tính toán kết cấu
tối ưu của lưới, giúp giảm tối đa tổn thất điện năng, tổn thất điện áp và một số các
chỉ tiêu khác tuỳ thuộc quan điểm vận hành.
Trong vận hành lưới điện chưa được tự động hoá cao hiện nay, rất nhiều công
việc đều dựa vào yếu tố con người như: thao tác điều chỉnh đầu phân áp, đóng cắt
các mạch điện, tìm kiếm và xử lý sự cố, …Những việc này gây mất thời gian lớn,

nâng cao các chỉ tiêu kinh tế của lưới. Khi được kết hợp tối ưu trong một hệ thống
tự động hoá, chúng có thể hỗ trợ, bổ sung lẫn nhau, hiệu quả lúc này sẽ lớn hơn
nhiều. Các hệ thống tự động hoá hiện nay như SCADA, EMS hay DAS đều kết hợp
các phương tiện trên.
1.3 Đặt vấn đề nghiên cứu:
Việc mất điện không chỉ gây nên tổn thất kinh tế rất lớn mà còn gây ra các hậu
quả mang tính chất chính trị-xã hội, do đó đòi hỏi độ tin cậy cung cấp điện ngày
càng cao, hệ thống điện ngày càng phải hoàn thiện về cấu trúc, cải tiến về vận hành
để không ngừng nâng cao độ tin cậy.
Trong lưới phân phối, việc nâng cao độ tin cậy là rất cần thiết nhưng cũng
phải xét đến bài toán kinh tế - kỹ thuật. Đầu tư nâng cao độ tin cậy chỉ có hiệu quả
21

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

khi mức giảm tổn thất kinh tế nhờ nâng cao độ tin cậy lớn hơn chi phí để nâng cao
độ tin cậy.
Để nâng cao độ tin cậy của lưới, giảm số lần mất điện, thời gian mất điện, giải
pháp hữu hiệu là sử dụng các thiết bị bảo vệ, thiết bị điều khiển và tự động chống sự
cố nhằm phát hiện và cách ly nhanh phần tử sự cố khỏi lưới điện.
Một giải pháp hiện đại đáng chú ý được nhiều nước sử dụng để nâng cao độ
tin cậy cung cấp điện là Hệ thống phân phối tự động (DAS) sẽ được nghiên cứu ở
các chương sau.


Khi chạm đất một pha dòng chạm đất nhỏ, tuỳ theo điện dung của mạng mà
dòng này khoảng từ 5 đến 30A.
Chạm đất một pha gây ra một số tác hại như:
- Khi một pha chạm đất ổn định (giả sử pha A), điện áp của hai pha còn lại sẽ
tăng lên đến điện áp dây. Khi pha A chạm đất chập chờn, tuỳ theo điện dung của
mạng mà điện áp của hai pha còn lại so với đất có thể tăng lên tới 3 đến 4 lần điện
áp dây. Việc quá điện áp ở hai pha còn lại có thể gây nên sự cố mở rộng như: hỏng
cách điện, hỏng cáp, hỏng máy cắt, hỏng MBA,…
- Tại các khu vực có đông dân cư sinh sống, khi xảy ra sự cố chạm đất, nếu
duy trì thời gian tìm kiếm và cách ly phân đoạn sự cố theo quy trình hoặc vì lý do
nào đó mà không cắt máy cắt đầu nguồn có thể gây nguy hiểm cho tính mạng con
người và hư hỏng thiết bị.
Lưới điện có dòng chạm đất bé bao gồm lưới có trung tính cách điện; trung
tính nối đất qua cuộn Petersen và lưới nối đất qua trở hay qua kháng.
23

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

Trong lưới điện có dòng chạm đất bé, sự cố chạm đất thường được phát hiện
thông qua tín hiệu dòng chạy qua điểm trung tính (nếu trung tính nối đất qua cuộn
Petersen, qua trở hay kháng) hoặc tín hiệu điện áp thứ tự không xuất hiện ở trung
điểm của lưới.
Một số loại bảo vệ chống chạm đất trong lưới điện có dòng chạm đất bé
thường được sử dụng hiện nay là:
-Bảo vệ quá dòng điện thứ tự không.
-Bảo vệ quá dòng điện thứ tự không có hướng.
-Bảo vệ để phát hiện chạm đất không ổn định.
-Bảo vệ thứ tự không có hướng phản ứng theo hài bậc cao.
2.1.1 Bảo vệ quá dòng điện thứ tự không:


lưới trung tính cách điện. Tỷ số biến đổi của các máy biến dòng thứ tự không này
thường bằng 60/1 hoặc 75/1 A. Khi có chạm đất dòng điện thứ cấp của biến dòng có
thể đo được từ vài chục đến vài trăm mA. Để tương thích với loại biến dòng này
phải sử dụng những rơle dòng điện có độ nhạy cao.
Bảo vệ quá dòng điện thứ tự không thường được sử dụng cho lưới điện hình
tia được cấp điện từ một phía.
2.1.2 Bảo vệ quá dòng điện thứ tự không có hƣớng:
Bảo vệ quá dòng điện thứ tự không có hướng phản ứng theo hướng của thành
phần điện dung trong công suất chạm đất (đối với lưới có trung tính cách đất) hoặc
theo thành phần tác dụng của công suất chạm đất (lưới có trung tính nối đất qua
cuộn Petersen). Công suất sự cố bao giờ cũng hướng đến điểm sự cố. Xét với lưới
điện hình tia được cung cấp điện từ một phía với trung tính cách điện. Hướng dòng
điện ở đầu đường dây bị sự cố bao giờ cũng từ thanh góp đến chỗ bị sự cố.
Hướng công suất thứ tự không P
0
có thể được xác định theo góc lệch pha 
0

giữa dòng điện thứ tự không I
0
đầu đường dây với điện áp thứ tự không U
0
lấy từ
đầu cuộn dây tam giác hở của máy biến điện áp. 25

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