Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌCKỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
Phạm Thị Thu Trang

Chuyên ngành : Kỹ Thuật Điện
Mã số: 60520202

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1
MỤC LỤC 3
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 6
DANH MỤC BẢNG BIỂU 8
DANH MỤC HÌNH VẼ 9
GIỚI THIỆU CHUNG 11
0.1. Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn 11
0.2. Phạm vi nghiên cứu và áp dụng. 11
0.3. Tính khoa học và thực tiễn của luận văn. 11
0.4. Bố cục của luận văn 11
CHƢƠNG 1 12
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐẶC ĐIỂM KINH TẾ, XÃ HỘI 12
CỦA HUYỆN ĐỒNG HỶ 12
1.1. Đặc thù phát triển kinh tế và dân cƣ huyện Đồng Hỷ 12
1.1.1. Giới thiệu chung về huyện Đồng Hỷ 12
1.1.2.Phương hướng chủ yếu quy hoạch phát triển kinh tế xã hội đến năm 2010-2020
của Huyện Đồng Hỷ 12
1.2. Đặc điểm lƣới điện phân phối hiện tại của huyện Đồng Hỷ. 13
1.2.1.Hiện trạng lưới điện phân phối 13
1.2.1.1.Trạm biến áp phân phối 13
1.2.1.2. Đường dây phân phối: 14
1.2.1.3. Tình hình sử dụng thiết bị đóng cắt 14
1.2.2. Tình hình sử dụng điện hiện tại 15
1.3. Tình hình vận hành lƣới điện phân phối huyện Đồng Hỷ và thống kê sự cố lƣới điện
các năm 2005- 2011 16
1.4. Phân tích đánh giá sự cần thiết phải đầu tƣ cải tạo tự động hóa lƣới điện phân phối.

2.3.1.7. Hệ thống đóng cắt đầu nguồn cho trạm phân phối trung tâm 44
2.3.2. Hệ thống tự động phân phối cho đường dây trên không: Giai đoạn 2/3 45
2.3.2.1. Các loại thiết bị 46
2.3.2.2. Hệ giao tiếp 46
2.3.2.3. Các thiết bị lắp đặt trong trạm phân phối trung tâm (CDS) 47
2.3.2.4. Thiết bị lắp đặt trong trung tâm điều độ vùng (ADC) 50
2.3.3. Hệ thống tự động phân phối áp dụng với lưới điện ngầm 51
2.3.3.1. Tủ đóng cắt tự động (Auto-RMS) 52
2.3.3.2. RTU 53
2.3.4. Hiệu quả của việc xây dựng hệ thống tự động phân phối điện 54
CHƢƠNG 3 59
TÍNH TOÁN ỨNG DỤNG HỆ THỐNG DAS CHO 59
LƢỚI ĐIỆN HUYỆN ĐỒNG HỶ 59
3.1. Hệ thống tự động phân phối cho các đƣờng dây nổi: 59
3.1.1. Nguyên tắc phân bố các thiết bị đóng cắt phân phối tự động PVS 59
3.1.2. Khối lượng áp dụng DAS cho các đường dây không 59
3.2. Hệ thống tự động phân phối cho đƣờng cáp ngầm: 59
3.2.1. Nguyên tắc phân bố các thiết bị đóng cắt phân phối tự động RMS 59
3.3. Tính toán lắp đặt thử nghiệm hệ thống tự động phân phối cho lộ đƣờng dây 372-
E6.8 59
3.3.1. Mô tả hệ thống hiện tại 60
3.3.2. Tính toán lắp đặt thử nghiệm hệ thống tự động phân phối cho lộ đường dây 372-
E6.8 sử dụng phần mềm PSS 60
3.3.3. Phương án lắp đặt thí điểm 66
3.3.3.1. Hệ thống điều khiển từ xa 67
3.3.3.2. Khối đường truyền 68
3.3.3.3. Khối điều khiển tại trạm biến áp phân phối 68
3.3.3.4. Thông số kỹ thuật của tủ RMU lắp mới 69
3.3.4. Nhận xét hệ thống tự động phân phối cho lộ đường dây cáp ngầm 372-E6.8 70
CHƢƠNG 4 72


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

DAS (Distribution automation system) – Hệ thống tự động phân phối
LBS (Load break switch) – Cầu dao cắt tải
RMU (Ring main unit)- Thiết bị mở vòng chính
CB (circuit Breaker)- Máy cắt
DDK - Đường dây không
CPU – Bộ xử lý trung tâm
LP –Máy in kết dây
HC – Sao lưu ổ cứng
GCR – Màn hình đồ họa
FCB – Máy cắt đường dây
SW - Cầu dao
FDR – Rơ le phát hiện sự cố
SPS – Máy biến điện áp cấp nguồn cho cầu dao cắt tải tự động


IRR –Tỉ suất hoàn vốn nội tại
NPV – Giá trị lợi nhuận dòng hiện tại

Bảng 2.13. Giao thức giữa TCR và RTU
Bảng 2.14 Thông số kỹ thuật chính của ATM:Thiết bị truyền dẫn không đồng bộ
Bảng 2-15: Đặc tính kỹ thuật chính của Auto-RMS 24kV
Bảng 2.16. Thông số TOSDAC-G303(FDR/RTU) cho Auto-RMS
Bảng 3.1. Phụ tải đường dây 372
Bảng 3.2. Công suất trung bình và chiều dài các phân đoạn thuộc lộ 372 - E6.8
Bảng 3.3. Các thông số của hệ thống
Bảng 3.4. Các chỉ số tin cậy của đường dây khi chưa lắp đặt Autorecloser, DCLTĐ
Bảng 3.5. Các chỉ số tin cậy của đường dây khi lắp đặt Autorecloser, DCLTĐ
Bảng 3.6. Cấu hình tối thiểu phần cứng của PC
Bảng 3.7. Công suất và điện áp định mức
Bảng 3.8. Kết nối giữa TCM và PC
Bảng 3.9. Kết nối giữa TCM và RTU
Bảng 3.10. Chi tiết kỹ thuật chính của Auto-RMS
Bảng 3.11. Khả năng bảo vệ của TOSDAC-G303
Bảng 3.12. Thời gian tiết kiệm được khi ứng dụng DAS- phút/ vụ
Bảng 3.13. Công suất tải trên 1 phân vùng
Bảng 3.14. Sản lượng điện năng tiết kiệm của mỗi lần sự cố khi lắp đặt DAS
Bảng 4.1. Thời gian tiết kiệm được khi ứng dụng DAS - phút / vụ.
Bảng 4.2. Tăng tải bởi số mạch vòng Ln và số vùng Ls
Bảng 4.3. Lợi nhuận tăng khả năng của lưới (Triệu đồng).
Bảng 4.4. Tổn thất của lưới điện huyện Đồng Hỷ qua các năm
Bảng 4.5. Chi phí tiền lương, tiền ăn ca, BHXH,BHYT,KPCĐ của ĐLĐH năm 2011

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 2.1: Hê thống tự động phân phối
Hình 2.2. Hệ thống tự động phân phối cho đường dây trên không
Hình 2.3. Sơ đồ phát hiện phần bị sự cố (hình tia)

Hình 2.32. TOSDAC-G303(FDR/RTU) cho Auto-RMS
Hình 2.33. Giảm thời gian mất điện bằng DAS giai đoạn 1 và 2 OH - Hệ thống phân phối
điện trên không
Hình 2.34. Giảm bớt thời gian mất điện nhờ DAS giai đoạn 2 - Hệ thống phân phối ngầm
Hình 3.1. Sơ đồ đường dây 372E6.8
Hình 3.2. Sơ đồ 1sợi đường dây hình tia 372- E6.8 khi chưa lắp đặt Autorecloser và
DCLTĐ (hiện trạng)
Hình 3.3. Sơ đồ 1sợi đường dây mạch vòng 372- E6.8 sau khi lắp đặt Autorecloser và
DCLTĐ
Hình 3.4 Sơ đồ nguyên lý DAS thử nghiệm
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

Hình 3.5. Phân lộ 372-E6.8 thành 4 phân vùng, sự cố xảy ra ở phân vùng thứ 3
Hình 4.1 Tăng khả năng tải của đường trục bằng việc áp dụng DAS


+ Đề xuất một số giải pháp nhằm tháo gỡ vướng mắc trong công tác phát triển lưới
điện khu vực huyện Đồng Hỷ - Thái Nguyên.

0.2. Phạm vi nghiên cứu và áp dụng.
Nghiên cứu nguyên lý hoạt động hệ thống tự động phân phối điện. Tính toán áp dụng
cho lưới điện trung áp hiện có của huyện Đồng Hỷ,phù hợp với quy hoạch của lưới điện.
0.3. Tính khoa học và thực tiễn của luận văn.
Trên cơ sở các số liệu phát triển kinh tế xã hội và nhu cầu về điện của huyện Đồng
Hỷ, nghiên cứu tính toán áp dụng hệ thống tự động phân phối để tự động phân đoạn khi
xảy ra sự cố trên lưới điện, nhằm giảm thiểu tối đa thời gian mất điện do sự cố.
Tính toán lợi ích kinh tế đạt được khi áp dụng hệ thống tự động phân phối, tạo cơ sở
cho công tác quy hoạch và phát triển tự động hóa lưới điện khu vực huyện Đồng Hỷ.
0.4. Bố cục của luận văn
Luận văn được trình bày trong 5 chương.
Chương 1: Giới thiệu chung về đặc điểm tình hình huyện Đồng Hỷ.
Chương 2: Giới thiệu hệ thống tự động phân phối điện- DAS.
Chương 3: Tính toán ứng dụng hệ thống DAS cho lưới điện khu vực huyện Đồng Hỷ -
Thái Nguyên.
Chương 4: Phân tích tài chính - kinh tế.
Chương 5: Giải pháp phát triển lưới điện cho huyện Đồng Hỷ.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu
CHƢƠNG 1
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐẶC ĐIỂM KINH TẾ, XÃ HỘI
CỦA HUYỆN ĐỒNG HỶ
1.1. Đặc thù phát triển kinh tế và dân cƣ huyện Đồng Hỷ

1.1.1. Giới thiệu chung về huyện Đồng Hỷ

sản phẩm có hàm lượng kỹ thuật cao.

1.1.2.Phương hướng chủ yếu quy hoạch phát triển kinh tế xã hội đến năm 2010-2020
của Huyện Đồng Hỷ
Phương hướng nhiệm vụ cơ bản và lâu dài là xây dựng huyện Đồng Hỷ giàu về kinh
tế, trong đó kinh tế nhà nước giữ vai trò chủ đạo, vững về chính trị, có nền văn hóa tiến
tiên, đậm đà bản sắc dân tộc, an ninh quốc phòng vững mạnh.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

Năm 2010, Đồng Hỷ sẽ chuyển dịch cơ cấu kinh tế theo hướng công nghiệp chiếm
53,8%, nông - lâm nghiệp chiếm 20,7% , dịch vụ 25,5%. GDP bình quân đầu người đạt
600 USD, tỷ lệ hộ nghèo giảm xuống dưới 3%, không còn hộ đói. Đến năm 2010, toàn
huyện có 90% số hộ dùng điến lưới quốc gia, 60% số phòng học được kiên cố hoá. Phấn
đấu phổ cập giáo dục Trung học, và Trung học cơ sở, 50% lao động được đào tạo nghề,
30-50% số trường Tiểu học và 20-30% số trường Trung học cở sở đạt chuẩn quốc gia.
Trong những năm tới, huyện sẽ tập trung phát triển công nghiệp chế biến nông, lâm
sản, sản xuất vật liệu xây dựng, dệt may, hàng thủ công, khuyến khích hình thành mạng
lưới công nghiệp nhỏ, dịch vụ sửa chữa ở các thị trấn, cụm dân cư, cải tạo và nâng cấp 3
cụm công nghiệp lớn là Trại Cau, Chùa Hang - Cao Ngạn và Khu công nghiệp phía Bắc.
Ngoài ra huyện còn chú trọng phát triển các ngành nghề như : chế biến, sơ chế nhỏ, bảo
quản sản phẩm nông nghiệp, cơ khí sửa chữa nhỏ
Nông lâm nghiệp : Tổng diện tích đất nông nghiệp phấn đấu đạt 11.044 ha. Sản xuất
nông nghiệp hàng hoá sẽ được quy hoạch thành vùng như : Vùng chè tập trung với diện
tích 2.000 ha, vùng cây ăn quả 2.500 ha, vùng mía tập trung 1.000 ha, vùng cung cấp
thực phẩm Cơ cấu ngành nông nghiệp chuyển dịch theo hướng tăng chăn nuôi, giảm
trồng trọt, tăng nhanh giống lợn hướng nạc, bò lai sind - bò sữa, gia cầm tạo nguồn thực
phẩm cung cấp cho thị trường. Khoanh nuôi bảo vệ rừng hiện có, trồng mới rừng để phủ
xanh đất trống, đồi núi trọc.
Thương mại - Dịch vụ: Khuyến khích các thành phần kinh tế tham gia xuất nhập
khẩu, từng bước tham gia hoạt động liên doanh, liên kết, dịch vụ thương mại trong tỉnh,

1
35/0,4kV
529
548
229.720,0
2
22/0,4kV
379
431
254.533,0
3
10/0,4kV
1.065
1.156
456.548,0
4
6/0,4kV
2.292
2.470
849.562,5
5
Tổng
4.265
4.605
1.790.363,5

1.2.1.2. Đường dây phân phối:
Khu vực huyện Đồng Hỷ lưới điện phân phối các cấp điện áp đan xen nhau và cùng
tồn tại vận hành.Kết cấu lưới hầu hết là dạng mạch vòng vận hành hở, có nhiều tuyến ở
dạng hỗn hợp giữa đường cáp ngầm và đường dây nổi nên độ tin cậy cấp điện bị ảnh


Tổng cộng
1,329.56
671.15
2,000.71

Xu hướng biến động của các đường dây là phát triển nhanh ở cấp điện áp 22kV, các
cấp còn lại dần dần thu hẹp lại.
Các tuyến đường dây trên không thường hay bị vi phạm nghiêm trọng, ảnh hưởng rất
nhạy cảm khi thời tiết thay đổi, thường xuyên xảy ra sự cố trong mùa mưa bão.Các tuyến
cáp ngầm đang vận hành chất lượng không đồng đều. Đại đa số các tuyến xây dựng trước
đây đều đã xuống cấp, không đảm bảo chất lượng( cách điện kém, tiết diện nhỏ ) nên
mỗi khi bị sự cố thời gian mất điện thường bị kéo dài.

1.2.1.3. Tình hình sử dụng thiết bị đóng cắt
Hiện nay lưới phân phối chủ yếu là lưới 10kV (chiếm 16%), lưới 35kV (chiếm
40,5%), việc lắp đặt dao cách ly(DISCONNECTING SWITCH- DS) ở cấp điện áp 10kV,
35kV là rất lớn, cầu dao cắt tải (LOAD BREAK SWITCH- LBS) chiếm tỷ trọng nhỏ.
Còn với lưới 22kV (chiếm 43,5%) thiết bị đóng cắt chủ yếu được sử dụng là dao cắt
tải (LBS), tại nhiều trạm biến áp phân phối 22kV có lắp đặt thiết bị mở vòng chính (Ring
main Unit- RMU).
Ngoài ra, tại một số vị trí trên lưới phân phối có sử dụng một số thiết bị đóng cắt khác
như: máy cắt (Circuit Breaker- CB), Reclosed, cầu chì tự rơi
Nhận xét:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

Hiện tại lưới điện phân phối huyện Đồng Hỷ tồn tại 4 cấp điện áp: 6kV, 10kV, 22kV,
35kV. Về đường dây, đường dây trên không vẫn là chủ yếu, còn đường cáp ngầm chiếm
tỷ lệ không đáng kể. Hiện tượng đan chéo hệ thống điện 6kV, 10kV, 22kV và 35kV đã
gây nhiều khó khăn cho việc thiết lập cấu trúc lưới điện cũng như công tác quản lý vận

Tăng trƣởng
điện TP (%)
2005
1.550,5
1.270,0
16
2006
1.834,4
1.535,3
20,8
2007
1.993,2
1.689,0
10
2008
2.190,7
1.949,5
15,4
2009
2.299,3
2.044,8
4,9
2010
2.549,0
2.271,9
11,0
2011
2.852,8
2.531,6
11,4

T.gian/
vụ
Xuất
s.cố
2005
2.96
18.7
2006
2.24
16.30
2007
2,13

135
6
25
44.16
7.59
2.11
6.47

Bảng 1.5. Sự cố vĩnh cửu của đường cáp ngầm trung thế
Năm
Tài sản công ty
Tài sản khách hàng
Tổng hợp
Số vụ
Thời
gian
Xuất
s.cố
Số vụ
Thời
gian
Xuất
s.cố
T.gian/
vụ
Xuất
s.cố
2005

0.99
33.20
2009
55
65.33
12.42
62
79.71
34.2
1.24
23.96
2010
34
47.25
9.64
53
75.23
26.4
1.21
17.62
2011
38
68.13
6.75
17
34.7
11.13
1.87
8.10

5- Quản lý cơ sở dữ liệu của hệ thống.

CHƢƠNG 2
HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG PHÂN PHỐI ĐIỆN-DAS
(DISTRIBUTION AUTOMATION SYSTEM)

2.1. Mô hình và nguyên lý làm việc của hệ thống tự động phân phối
Như đã trình bày ở trên hệ thống DAS, là hệ thống cho phép người vận hành có thể
quản lý và điều khiển hệ thống phân phối bằng máy tính lắp đặt tại trung tâm điều độ.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

Theo thực tế vận hành và đầu tư của Nhật Bản, mô hình dự án lắp đặt hệ thống DAS


Hình 2.1: Hê thống tự động phân phối
Chú thích trên hình vẽ: Hệ thống DAS được áp dụng khác nhau đối với mô hình lưới điện cụ thể như sau:

SW
SPS
FDR
SPS
SW
SPS
SPS
Central Distribution Substation
TCR
TCM
CPU
Giai §o¹n 1:Tự động
phân phối bằng các thiết
bị lắp trên cột tự động
FDR
Giai ®o¹n 2: Tự động
phân phối bằng chức năng
điều khiển, đóng cắt từ xa
Giai đoạn 3:Hệ thống tự
động phân phối bằng hệ
thống máy tính
F
S

RTU
FSI

RTU
CPU
CRT

lại là các vị trí đặt cầu dao tự động trên cột đường dây- SW.
(1) Trạng thái cấp điện bình thường, FCB và các SW ở trạng thái đóng.
(2) Khi có sự cố trên đường dây tại nhánh c, FCB thực hiện tác động cắt lần đầu tiên.
Khi FCB cắt, tất cả các SW trên đường dây trung thế tự động mở do tín hiệu điện áp
không còn.
(3) Tiếp theo, FCB tự động đóng lại. Khi FCB đóng lại – Vùng a được cấp điện, tín
hiệu điện áp xuất hiện ở phía cuối nguồn của SW tại vị trí – B. Thiết bị FDR lắp đặt trong
SW-B có điện áp sẽ tự động đưa ra lệch đóng SW-B sau khoảng thời gian đặt trước-
X=7s.
(4) SW-B đóng lại- vùng b được cấp điện. Tín hiệu điện áp xuất hiện ở phía cấp
nguồn của SW tại 2 vị trí – C,D. Thời gian đặt trước X tại vị trí đường trục D là 7s và tại
vị trí đầu nhánh C là 4s.
(5) Sau 7s từ khi vùng b có điện, SW- D đóng. Vùng d được cấp điện.
(6) Sau 4s từ khi vùng b có điện, SW- C đóng. Nhánh c được cấp điện. Do sự cố xảy
ra ở nhánh c, rơle bảo vệ của trạm phát hiện ra sự cố lần nữa và cắt nhanh FCB lần thứ
hai. SW-C tự động mở do mất điện áp. Để phát hiện vùng sự cố, thiết bị cầu dao SW có
chức năng tự động khóa ở vị trí mở- Trong trường hợp khoảng thời gian giữa hai lần
đóng và cắt nhỏ hơn thời gian đặt trước Y=5s. Như vậy, SW-C bị khóa ở vị trí mở và
vùng sự cố c được cô lập một cách tự động.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

(7) Tiếp theo, FCB tự động đóng lặp lại lần thứ hai – SW-B, SW-D và SW-E lần
lượt tự động đóng lại theo nguyên lý trên và phần đường dây không bị sự cố phục hồi
hoạt động.

II- HỆ THỐNG DÂY TRÊN KHÔNG MẠCH VÒNG
Hệ thống DDK trung thế mạch vòng được mô tả điển hình gồm đường trục được
phân thành 6 vùng tại các điểm A,B,D,E,F.Trong đó A là vị trí tủ máy cắt đường dây tại
các trạm 110kV- FCB; các điểm còn lại là các vị trí đặt cầu dao tự động trên cột đường
dây- SW.

thường
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu (2) FCB cắt lần
đầu. Toàn bộ SW
tự động mở do mất
U (3) FCB đóng lặp lại.
Vùng a có điện. Đóng lại
lần đầu

(4) SW-B đóng lại tự
động Hình 2.5a. Sơ đồ thời gian phục hồi cho hệ thống hình tia Hình 2.5b. Sơ đồ thời gian Phục hồi cho Hệ thống mạch vòng
2.1.1.2. Các thiết bị của DAS- Giai đoạn 2:
Cơ cấu chi tiết của hệ thống tự động phân phối cho đường dây ở giai đoạn 2 được mô tả
trên hình 2.6. Trên đó thể hiện cả giai đoạn 1 và 2 để có thể hiểu được sự liên hệ với giai
đoạn 1. Giai đoạn 2 được thực hiện với việc lắp đặt các thiết bị sau tại trạm 110kV


FCB
CB
SW
FSP
FDR/RTU
FSP
SW
FSP FSP
Tr¹m ph©n phèi
TRD
TCR TCR
TCM
CDL
CPU