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
năng gặp không ít khó khăn, đặc biệt đối với lưới điện 6kV và 10kV xuất phát
từ các trạm trung gian 35/6kV và 35/10kV không có hệ thống điều áp dưới tải.
Sự phát triển mạnh mẽ của phụ tải điện ảnh hưởng đến chất lượng điện năng
trong lưới điện phân phối biểu hiện dễ nhận thấy là chất lượng điện áp.
Với đề tài “ Nghiên cứu đánh giá hiện trạng và đề xuất một số giải
pháp cải thiện chất lƣợng điện áp trong lƣới điện trung áp tỉnh Thái
Nguyên” tác giả mong muốn đóng góp một phần nhỏ những tìm tòi, nghiên
cứu của mình vào việc đảm bảo chỉ tiêu chất lượng điện áp trong lưới điện
phân phối có nhiều cấp điện áp nhưng không có hệ thống điều áp dưới tải tại
các trạm trung gian.
Luận văn bao gồm 4 chương, trong đó tại Chương 1 tác giả giới thiệu
tổng quát về hiện trạng và triển vọng phát triển cùng với những yêu cầu xuất

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.
Thái Nguyên là một thành phố công nghiệp, tỷ trọng điện tiêu thụ trong
sản xuất công nghiệp chiếm khoảng 70% so với tổng điện năng tiêu thụ. Lưới
điện phân phối hiện nay ở Thái Nguyên là lưới điện có điện áp dưới 110kV, sử
dụng các cấp điện áp thông dụng như 35, 22, 10, 6kV có trung tính cách ly,
trung tính nối đất trực tiếp hoặc gián tiếp qua máy biến áp tạo trung tính hoặc
cuộn dập hồ quang ( cuộn Pertecxen). Lưới điện phân phối vận hành theo chế
độ mạng điện hở (hình tia hoặc phân nhánh) hoặc mạch vòng nhưng vận hành
hở, độ dài mỗi xuất tuyến thường không đến 100km. Nguồn cấp cho các xuất
tuyến phân phối chủ yếu do các trạm 110kV hoặc 220kV và các trạm trung
gian 35/10kV, 35/6kV cung cấp. Do các điều kiện về địa lý, kinh tế, mức độ
yêu cầu cung cấp điện của phụ tải... nên lưới phân phối ở các khu vực khác
nhau rất khác nhau về mật độ phụ tải, chiều dài đường dây, công suất truyền

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
35kV và 22kV hạn chế xây dựng các đường dây 6kV hoặc 10kV. Cấp điện áp
6kV và 10kV sẽ chỉ dùng để cấp điện cho các phụ tải cao áp như động cơ cao
áp, lò điện hồ quang hoặc các nhà máy công nghiệp nặng.

1.2-Các thông số vận hành của lưới điện thành phố Thái Nguyên
Bảng 1.1 Thông số phụ tải tỉnh Thái Nguyên 6 tháng đầu năm 2007:
Tổng điện năng tiêu thụ 495.115.034 kWh
Điện năng tiêu thụ ngày cao nhất 3.452.630 kWh
Điện năng tiêu thụ trung bình ngày 2.728.382 kWh
Điện năng tiêu thụ ngày thấp nhất 2.257.530 kWh
Pmax 190 MW
Pmin 115 MW

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
7

Sơ đồ trạm Quan Triều

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

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
9
Sơ đồ TG Chùa Hang


12 110.9 147.7 138.7
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
20 136.9 161.1 143.4
21 121.3 127.0 119.6
22 130.4 121.2 114.9
23 118.4 132.9 149.1
24 126.7 124.0 162.0

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

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
11
Đồ thị phụ tải trung bình tỉnh Thái nguyên tháng 6/2007
0
50
100
150
200

giờ
U35 kV Quan
Triều
Tổng P 35kV
Quan Triều (MW)
I 381 (A) I 372 (A) I 373 (A)
1 38.00 42.79 140.64 370.56 20.11
2 38.00 42.25 140.75 370.56 20.67
3 38.00 41.32 140.75 370.89 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 42.79 160.04 280.11 20.56
9 37.59 55.68 210.61 300.11 20.00
10 37.61 49.57 210.21 330.67 20.22
11 37.45 56.82 190.79 310.56 20.44
12 37.88 48.79 190.46 280.00 20.67
13 37.91 49.18 190.71 320.56 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 66.46 220.86 250.89 40.67
19 37.71 54.75 200.57 290.56 50.67
20 37.79 52.11 160.04 270.22 50.67
21 38.00 41.54 120.32 200.78 30.44
22 38.00 38.21 140.29 200.11 20.44
23 38.00 38.54 140.04 200.11 20.89
24 38.00 36.29 120.96 220.22 10.22

U35KV Quán triều
Tổng P 35KV Quán triều
I 381(A)
I 372(A)
I 373(A)Bảng 1.4 THÔNG SỐ PHỤ TẢI TRUNG BÌNH CÁC ĐƯỜNG DÂY CỦA
TRẠM TRUNG GIAN CHÙA HANG TRONG THÁNG 6/2007
U6kV (kV) I 631 (A) I675 (A) I 673 (A) I 677(A)
6.50 115.23 63.00 5.54 45.93
6.50 115.12 63.50 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 20.68 90.43
6.30 260.50 150.64 20.14 90.75
6.30 260.75 150.32 20.96 90.68
6.30 260.18 150.11 20.75 90.39
6.30 260.86 150.93 20.71 90.18
6.30 260.39 150.04 20.68 90.21
6.30 260.32 150.00 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 25.79 110.89

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.
Các khu vực sản xuất công nghiệp nặng do vận hành lò hồ quang, lò
trung tần, khởi động những động cơ công suất lớn sinh ra dao động điện áp,
sóng hài, độ không sin và biến đổi tần số ở một số đường dây và trạm biến áp.
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
15
Đường dây cấp điện cho các phụ tải này thường ngắn, có sơ đồ hình tia và xuất
phát trực tiếp từ các trạm 110kV có điều áp nên độ lệch điện áp đạt yêu cầu.
Nhưng cũng do trở kháng đường dây nhỏ, dung lượng máy biến áp không lớn
nên dao động điện áp trên các đường dây có phụ tải đặc biệt dễ gây ảnh hưởng
đến điện áp của các phụ tải nối chung thanh cái thứ cấp trạm 110kV.
Khu vực thành phố Thái Nguyên và trung tâm các thị xã, thị trấn, chất
lượng điện năng đạt yêu cầu ở hầu hết các trạm phân phối do đường dây ngắn,
phụ tải ít chênh lệch giữa cao điểm và thấp điểm. Các đường dây cấp cho các
phụ tải này thường xuất phát trực tiếp từ các trạm 220(110kV). Tuy nhiên trên
một số đường dây hạ áp có hiện tượng dao động điện áp do những phụ tải của
các xưởng sản xuất nhỏ gây nên khi sử dụng máy hàn hoặc khởi động động cơ.

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.

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

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
17
CHƢƠNG 2
LÝ THUYẾT CHUNG VỀ CHẤT LƢỢNG ĐIỆN NĂNG VÀ ĐIỀU
CHỈNH CHẤT LƢỢNG ĐIỆN NĂNG
2.1 Chất lượng điện năng
Lưới điện được đánh giá theo 4 tiêu chuẩn chính:
1-An toàn điện.
2-Chất lượng điện năng.

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
trong các tiêu chuẩn chất lượng điện áp thường được mô tả bởi tần số, độ lớn,
dạng sóng và tính đối xứng của điện áp 3 pha. Trên thế giới có sự dao động
tương đối rộng trong việc chấp nhận các dung sai có liên quan đến điện áp. Các
tiêu chuẩn luôn luôn được phát triển hợp lý để đáp lại sự phát triển của kỹ
thuật, kinh tế và chính trị.
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
19
Bởi vì một vài tình tiết ảnh hưởng đến điện áp cung cấp là ngẫu nhiên
trong thời gian và không gian (vị trí) nên một vài đặc trưng có thể được mô tả
trong các tiêu chuẩn với các tham số tĩnh để thay thế cho các giới hạn đặc biệt.
Một khía cạnh quan trọng trong việc áp dụng các tiêu chuẩn là để xem xét ở nơi
nào và ở đâu trong mạng cung cấp, các đặc tính của điện áp là định mức. Tiêu
chuẩn châu Âu EN50160 chỉ rõ các đặc điểm của điện áp ở các đầu cuối cung
cấp cho khách hàng dưới các điều kiện vận hành bình thường. Các đầu cuối
cung cấp được định nghĩa là điểm kết nối của khách hàng nối vào hệ thống
cộng cộng.

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
của phụ tải.
Tại Việt Nam, chất lượng điện năng được quy định trong Luật Điện lực,
Quy phạm Trang bị điện và Tiêu chuẩn kỹ thuật điện (TCKTĐ) như sau:
1-Về điện áp:
Trong điều kiện vận hành bình thường, điện áp được phép dao động
trong khoảng 5% so với điện áp danh định và được xác định tại phía thứ cấp
của máy biến áp cấp điện cho bên mua hoặc tại vị trí khác do hai bên thỏa
thuận trong hợp đồng khi bên mua đạt hệ số công suất (cos ) 0,85 và thực
hiện đúng biểu đồ phụ tải đã thỏa thuận trong hợp đồng.
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
21
Trong trường hợp lưới điện chưa ổn định, điện áp được dao động từ +5%
đến -10%.
2-Về tần số: trong điều kiện bình thường, tần số hệ thống điện được dao
động trong phạm vi 0,2Hz so với tần số định mức là 50Hz. Trường hợp hệ
thống chưa ổn định, cho phép độ lệch tần số là 0,5Hz.


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
với lưới chưa ổn định.
Vậy độ lệch điện áp trong chế độ vận hành bình thường là:
%5δU
-

%5δU

2.2.2 Độ lệch điện áp trong lưới hạ áp
Lưới phân phối hạ áp cấp điện cho hầu hết thiết bị điện. Trong lưới phân
phối hạ áp chỗ nào cũng có thể đấu nối thết bị sử dụng điện, vì vậy trong toàn
bộ lưới phân phối hạ áp và trong mọi thời gian, điện áp phải thoả mãn tiêu
chuẩn:

UUδU
xt-

với x - địa điểm; t- thời gian.
Song ta thấy rằng có hai vị trí và hai thời điểm mà ở đó chất lượng điện

-
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:

111 HBA
UUU

Miền CLĐA
Trạm phân phối Lƣới hạ áp
A B
U
B
U
A
U
+
U-

U
H
Miền CLĐA

là tổn thất trên lưới hạ áp.
Thay vào (1):

UUUU
HB 11UUUU
HB 22UUU
B1UUU
B2

Chuyển
1H
U
và
2H
U
sang hai vế:

111 HBH
UUUHU

222 HBH

min
ta sẽ tính được
2H
H
=
(P
min
/P
max
)/
1H
H
, sau đó lập đồ thị đánh giá chất lượng điện áp như trên H 2.4
Sau đó đo điện áp trên thanh cái trạm phân phối trong ché độ max và min, tính
U
B1
và U
B2
. Đặt 2 điểm này vào đồ thị rồi nối chúng bằng một đường thẳng, đó
là đường điện áp thực tế. Nếu đường này nằm gọn trong miền CLĐA thì CLĐA
của lưới phân phối đạt yêu cầu (đường 1) nếu có phần nằm ngoài như đường 2
và 3 thì CLĐA không đạt yêu cầu. Tuỳ theo vị trí của đường điện áp mà ta có
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ KHOÁ 8 – ĐHCN THÁI NGUYÊN

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
25
thể rút ra cách thức cải thiện điện áp. Ví dụ với đường 2 điện áp không đạt yêu
cầu song ta có thể cải thiện bằng cách thay đổi đầu phân áp cố định của máy
biến áp phân phối, cụ thể là dùng nấc điện áp ra cao hơn, đường điện áp sẽ tịnh
tiến lên trên và đi vào miền CLĐA. Trong trường hợp của đường 3 thì không

U-
E1
E2
0
1
2
Ep1
Ep2 H 2.5: Diễn biến điện áp dọc theo lưới điện

Ở chế độ max, nhờ bộ điều áp dưới tải ở các trạm 110kV nên điện áp đầu
nguồn đạt độ lệch E
1
so với điện áp định mức. Khi truyền tải trên đường dây