NGHIÊN CỨU BÙ HỆ SỐ CÔNG SUẤT ĐỂ CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG CHO ĐƯỜNG DÂY 35KV LỘ 377 TRẠM 110KV NÔNG CỐNG E9 8

Kỹ Thuật - Công Nghệ - Công Nghệ Thông Tin, it, phầm mềm, website, web, mobile app, trí tuệ nhân tạo, blockchain, AI, machine learning - Kỹ thuật ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN CÔNG DŨNG NGHIÊN CỨU BÙ HỆ SỐ CÔNG SUẤT ĐỂ CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG CHO ĐƯỜNG DÂY 35KV LỘ 377 TRẠM 110KV NÔNG CỐNG E9.8 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Thái Nguyên – 2022 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN CÔNG DŨNG NGHIÊN CỨU BÙ HỆ SỐ CÔNG SUẤT ĐỂ CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG CHO ĐƯỜNG DÂY 35KV LỘ 377 TRẠM 110KV NÔNG CỐNG E9.8 Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 852.02.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Trần Xuân Minh Thái Nguyên - 2022 i LỜI CAM ĐOAN Họ và tên: Nguyễn Công Dũng Học viên: Lớp cao học K22, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học Thái Nguyên. Nơi công tác: Phòng Kỹ thuật, Công ty Điện lực Thanh Hóa Tên đề tài luận văn thạc sĩ: “Nghiên cứu bù hệ số công suất để cả i thiện chất lượng điện năng cho đường dây 35kV lộ 377 trạ m 110kV Nông Cống E9.8”. Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Tôi xin cam đoan những vấn đề được trình bày trong bản luận văn này là những nghiên cứu của riêng cá nhân tôi, dưới sự hướng dẫn củ a PGS.TS. Trần Xuân Minh và sự giúp đỡ của các cán bộ Khoa Điện, Trường Đại học Kỹ thuật Công Nghiệp - Đại học Thái Nguyên. Mọ i thông tin trích dẫn trong luận văn này đã được ghi rõ nguồn gố c. Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về những số liệu trong luận văn này. Thái Nguyên, ngày 12 tháng 5 năm 2022 Học viên thực hiện Nguyễn Công Dũng ii LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian nghiên cứu thực hiện luận văn này tôi luôn nhận được sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của PGS.TS. Trần Xuân Minh, ngườ i trực tiếp hướng dẫn luận văn cho tôi. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới thầ y. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo, cán bộ, viên chức trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học Thái Nguyên đã tạo điều kiện tố t nhất để tôi có thể hòan thành đề tài nghiên cứu này. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn những đóng góp quý báu của các bạn cùng lớp động viên và giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện đề tài. Xin gửi lời chân thành cảm ơn đến các cơ quan xí nghiệp đã giúp tôi khảo sát tìm hiểu thực tế và lấy số liệu phụ c vụ cho luận văn. Cuối cùng, tôi xin được bày tỏ lòng bi ết ơn chân thành tới gia đình, đồng nghiệp và bạn bè đã luôn động viên, khích lệ, chia sẻ khó khăn cùng tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu hòan thiện luận văn này. Thái Nguyên, ngày 12 tháng 5 năm 2022 Học viên Nguyễn Công Dũng i MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN……………………………………………………..… i LỜI CẢM ƠN…………………………………………………………… ii MỤC LỤC……………………………………………...………………. iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT…………………………….….…… v DANH MỤC CÁC BẢNG………………………………………….….. vi DANH MỤC CÁC HÌNH……………………………………………..… vii MỞ ĐẦU………………………….………………………………..…… 1 1. Lý do chọn đề tài…………….………………………………..……… 1 2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài…………….…………………………. 2 3. Kết quả dự kiến…………….………………………………..………... 2 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu…………….……………………… 2 5. Công cụ, thiết bị nghiên cứu…………….…………………………… 2 6. Bố cục của luận văn…………….………………………………..…… 2 7. Kế hoạch thực hiện…………….………………………………..……. 3 Chương 1. Tổng quan lưới điện và tình hình tiêu thụ điện đường dây 35kV lộ 377 trạm 110kV Nông Cống (E9.8)……………………………. 4 1.1. Giới thiệu chung về lưới điện Đường dây 35kV lộ 377 trạm 110kV Nông Cống (E9.8) …………….………………………………..……….. 4 1.2. Các lộ đường dây trung thế cấp điện và đồ thị phụ tải điển hình…... 7 1.3. Kết quả thực hiện chỉ tiêu tổn thất…………….……………………. 8 1.4. Số liệu các trạm biến áp…………….………………………………. 8 1.5. Sơ đồ nguyên lý đường dây trung thế................................................. 16 1.6. Kết luận chương 1…………….………………………………..…… 17 Chương 2. Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng điện áp và giải pháp nâng cao chất lượng điện áp của mạng điện……………………..……………. 18 ii 2.1. Các chỉ tiêu chất lượng điện áp của hệ thống điện…………………. 18 2.2. Các phương pháp đánh giá chất lượng điện áp…………………….. 22 2.3. Các biện pháp nâng cao chất lượng điện áp………………………... 30 2.4. Kết luận chương 2…………….………………………………..…… 40 Chương 3: Lựa chọn phương pháp bù công suất phản kháng một số trạm biến áp được cấp từ đường dây 35kV lộ 377 trạm 110kV Nông Cống (E9.8) …………….………………………………..……………… 41 3.1. Các phương pháp bù công suất phản kháng để nâng cao hệ số công suất truyền thống………………………………………………………… 41 3.2. Phương pháp sử dụng các thiết bị bù trong FACTS………………... 47 3.3. Vị trí đặt thiết bị bù…………….………………………..………..… 51 3.4. Xác định dung lượng bù…………….……………………………… 52 3.5. Đề xuất phương pháp bù CSPK cải thiện chất lượng điện năng…… 54 3.6. Kết luận chương 3…………….………………………………..…… 54 Chương 4: Thiết kế điều khiển hệ thống bù công suất phản kháng DSVC…………….………………………………..……………………... 55 4.1. Bù công suất phản kháng sử dụng cấu trúc FC-TCR……………….. 55 4.2. Bù công suất phản kháng sử dụng cấu trúc đề xuất DSVC…………. 56 4.3. Thiết kế điều khiển hệ thống bù công suất phản kháng DSVC……... 60 4.4. Mô phỏng hệ thống trên phần mềm MatlabSimulink………………. 68 4.5. Kết luận chương 4…………….………………………………..…… 75 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ…………….………………..…………… 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO…………….……………………..………….. 77 iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Thuật ngữ đầy đủ Chú thích CSPK Công suất phản kháng CSTD Công suất tác dụng DSVC Dynamic - Static Var Compensation FACTS Flexible Alternating Current Transmission Systems FC Fixed Capacitor FC-TCR Fixed Capacitor - Thyristor Controller Reactor PF Power Factor Hệ số công suất SSSC Static Synchronous Series Compensator VSI Voltage Source Inverter Nghịch lưu nguồn áp SVC Static Var Compensation Bù công suất kiểu tĩnh STATCOM Static Synchronous Compensator TCR Thyristor Controller Reactor TCSC Thyristor Controlled Series Compensation TSC Thyristor Switched Capacitor Var Volt-ampere reactive Đơn vị công suất phản kháng VSC Voltage Source Converter Bộ biến đổi nguồn áp VSI Voltage Source Inverter Nghịch lưu nguồn áp iv DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Điện năng tiêu thụ của huyện Như Xuân-Thanh Hóa (kWh).... 6 Bảng 1.2. Khối lượng quản lý vận hành đến cuối tháng 12 năm 2020...... 6 Bảng 1.3. Số liệu về tổn thất điện năng trên đường dây 35 kV lộ 377 E9.8…………….………………………………..……………………….. 8 Bảng 1.4. Số liệu cơ bản các trạm biến áp trên đường dây 35 kV lộ 377 E9.8…………….………………………………..……………………….. 8 Bảng 2.1. Độ lệch điện áp cho phép ở chế độ làm việc bình thường……. 19 Bảng 4.1: Các tham số PID theo phương pháp Ziegler-Nichols thứ nhất.. 66 Bảng 4.2: Các tham số PID theo phương pháp Ziegler-Nichols thứ 2…... 66 v DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Đồ thị phụ tải lộ 377 E9.8 ……………………………...…….. 7 Hình 1.2. Đường dây 35kV Lộ377 E9.8……………………………...…. 16 Hình 3.1. Bộ bù tĩnh sử dụng các tụ điện mắc song song với nhau và các bộ đóng ngắt contactor, rơ le……………………………..…................... 45 Hình 3.2. Hệ thống tủ tụ bù tĩnh thực tế 1……………....………………. 46 Hình 3.3. Hệ thống tủ tụ bù tĩnh thực tế 2……………………….…....………………. 46 Hình 3.4. Cấu trúc SSSC……………....……..........................…………. 47 Hình 3.5. Cấu trúc TCSC……………..............................………………. 48 Hình 3.6. Cấu trúc STATCOM…….................………....………………. 49 Hình 3.7. Sơ đồ minh họa nguyên lý hoạt động của STATCOM……….. 50 Hình 3.8. Sơ đồ mạng lưới bù công suất phản kháng................................ 51 Hình 3.9. Dung lượng bù CSPK...........………....….............…………… 52 Hình 3.10. Sơ đồ bù CSPK...........…….....................…....……………… 53 Hình 4.1. Cấu trúc FC-TCR...........…....................……....……………… 55 Hình 4.2. Cấu trúc bù CSPK sử dụng các chuyển mạch cơ khí................ 57 Hình 4.3. Nguyên tắc hoạt động của bù CSPK sử dụng thiết bị chuyển mạch cơ khí...........………....………….............................................…… 58 Hình 4.4. Sơ đồ cấu trúc bù lai DSVC...........………....………....……… 59 Hình 4.5. Mô hình hóa của hệ thống bù CSPK kiểu FC-TCR................... 60 Hình 4.6. Sơ đồ mạch TCR...........…….....................…....……………… 61 Hình 4.7. Minh họa cho phương pháp đáp ứng quá độ (ZN-1)................. 65 Hình 4.8. Xác định hệ số khuếch đại tới hạn kth........................................ 66 Hình 4.9. Cấu trúc điều khiển hệ thống bù CSPK FC-TCR...................... 68 Hình 4.10. Khối nguồn một pha cung cấp cho phụ tải.............................. 69 Hình 4.11. Khối Thyristor và thông số (gồm 2 thyristor mắc song song ngược) ...........………....…....................................................…………… 69 vi Hình 4.12. Khối mô hình đối tượng điều khiển......................................... 70 Hình 4.13. Khối phát xung điều khiển....................................................... 70 Hình 1.14. Khối tính toán công suất tác dụng, phản kháng P, Q............... 71 Hình 4.15. Sơ đồ mô phỏng toàn hệ thống................................................ 71 Hình 4.16. Đáp ứng cos của hệ thống...........………....………..……… 72 Hình 4.17. Đáp ứng điện áp điều khiển...........………....……..………… 72 Hình 4.18. Dòng điện và điện áp cuộn kháng khi thay đổi giá trị đặt cos...........………....…….........................................................………… 73 Hình 4.19. Dòng điện cuộn kháng khi thay đổi giá trị đặt cos 74 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Hiện nay, điện năng là nguồn năng lượng chủ yếu trong sản xuất cũng như trong đời sống hàng ngày của quốc gia. Với sự phát triển nhanh của nền công nghiệp, nhu cầu về điện ngày càng lớn, nhưng các nhiên nguyên liệu để sản xuất điện lại ngày càng cạn dần. Do vậy, bên cạnh việc tìm kiếm và phát triển các loại hệ thống phát điện khác thì việc tăng hiệu quả sử dụng điện năng là một trong những vấn đề được quan tâm hàng đầu. Hiệu quả sử dụng điện năng liên quan mật thiết đến chất lượng điện năng nên vấn đề nâng cao chất lượng điện năng là yêu cầu cấp thiết. Trong các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng điện năng, thì cos là một trong những yếu tố quan trọng có ảnh hưởng lớn đến tổn hao công suất và tổn thất điện áp khi truyền tải điện năng. Hệ số công suất cos là tỉ số giữa công suất tác dụng và công suất toàn phần (hay còn được gọi là công suất biểu kiến) trong quá trình truyền tải điện năng. Công suất tác dụng đặc trưng cho khả năng sinh ra công hữu ích của thiết bị, đơn vị W hoặc kW. Công suất toàn phần là tích số của điện áp và dòng điện trên đường dây truyền tải điện năng và bằng căn bậc 2 của tổng bình phương công suất tác dụng và công suất phản kháng. Công suất phản kháng không sinh ra công hữu ích nhưng nó lại cần thiết cho quá trình biển đổi năng lượng, đơn vị VAR hoặc kVAR. Thông thường cos nhỏ hơn 1, do nhiều phụ tải điện yêu cầu một lượng công suất phản kháng trong quá trình hoạt động. Về lý thuyết, trong quá trình truyền tải thì cos của mạng điện bằng 1 là tốt nhất, khi đó, công suất tác dụng sẽ bằng với công suất toàn phần. Khi thành phần công suất phản kháng xuất hiện, sẽ làm cho công suất toàn phần tăng dẫn đến dòng điện trên đường dây tăng. Khi dòng điện trên đường dây tăng sẽ làm tăng tổn hao công suất trên điện trở đường dây và sụt điện áp trên tổng trở đường dây, giảm chất lượng điện năng. Để giảm tổn hao công suất và tổn thất điện áp trong quá trình truyền tải điện năng thì việc nâng cao hệ số công suất cos trở nên cấp thiết. Để nâng cao hệ số công suất cos thì phải giảm công suất phản kháng nguồn (mạng điện) cấp cho tải bằng cách đưa thêm vào hệ thống 2 điện một lượng công suất phản kháng ngược với lượng công suất phản kháng mà tải tiêu thụ. Biện pháp này gọi là bù hệ số công suất (bù công suất phản kháng). Lưới trung thế 35kV lộ 377 của trạm 110kV Nông Cống (E9.8) có một số phụ tải là các nhà máy sử dụng khá nhiều máy điện xoay chiều tiêu thụ nhiều công suất phản kháng nên hệ số công suất thường nhỏ. Vì vậy, tôi chọn đề tài ngiên cứu: “ Nghiên cứu bù hệ số công suất để cải thiện chất lượng điện năng cho đường dây 35kV lộ 377 trạm 110kV Nông Cống E9.8”. 2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài - Khảo sát về thực trạng mạng điện do đường dây 35kV lộ 377 trạm 110kV Nông Cống E9.8 cấp và hệ số công suất tại các trạm biến áp được cung cấp từ đường dây. - Tìm hiểu về các phương pháp bù công suất phản kháng để nâng cao hệ số công suất. - Ngiên cứu lựa chọn cấu trúc thiết bị bù và thiết kế điều khiển hệ thống bù công suất phản kháng cho một trạm biến áp có hệ số công suất thấp. - Mô phỏng, đánh giá chất lượng hệ thống bù. 3. Kết quả dự kiến - Cấu trúc và thuật toán điều khiển thiết bị bù công suất phản kháng. - Kết quả mô phỏng, đánh giá chất lượng hệ thống. 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Mạng điện đường dây 35kV lộ 377 trạm 110kV Nông Cống E9.8; - Các hệ thống bù công suất phản kháng. 5. Công cụ, thiết bị nghiên cứu Máy tính và phần mềm mô phỏngMatlabSimulink. 6. Bố cục luận văn Ngoài các phần Mở đầu, Kếtluận và hướng phát triển, Tài liệu tham khảo, Phụlục, luận văn bao gồm 4 chương sau: 3 Chương 1: Tổng quan lưới điện và tình hình tiêu thụ điện đường dây 35kV lộ 377 trạm 110kV Nông Cống (E9.8) Chương 2: Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng điện áp và giải pháp nâng cao chất lượng điện áp của mạng điện Chương 3: Lựa chọn phương pháp bù công suất phản kháng một số trạm biến áp được cấp từ đường dây 35kV lộ 377 trạm 110kV Nông Cống (E9.8) Chương 4: Thiết kế điều khiển hệ thống bù công suất phản kháng DSVC 7. Kế hoạch thực hiện Toàn bộ nội dung của luận văn được thực hiện trong 6 tháng kể từ ngày có quyết định. Kế hoạch thực hiện được cụ thể như sau: STT Nội dung nghiêncứu Thời gian thực hiện Ghi chú 1 Nghiên cứu tổng quan về mạng điện đường dây 35kV lộ 377 trạm 110kV Nông Cống E9.8 1 tháng 2 Tìm hiểu về về các phương pháp bù công suất phản kháng cho mạng điện 1 tháng 3 Lựa chọn và thiết kế cấu trúc hệ thống bù công suất phản kháng cho một trạm biến áp 350,4kV 1,5 tháng 4 Thiết kế điều khiển và mô phỏng 1,5 tháng 5 Hoàn thiện luận văn 1 tháng 4 Chương 1 TỔNG QUAN LƯỚI ĐIỆN VÀ TÌNH HÌNH TIÊU THỤ ĐIỆN ĐƯỜNG DÂY 35KV LỘ 377 TRẠM 110KV NÔNG CỐNG (E9.8) 1.1. Giới thiệu chung về lưới điện Đường dây 35kV lộ 377 trạm 110kV Nông Cống (E9.8) 1.1.1. Đặc điểm tự nhiên Đường dây 35kV lộ 377 trạm 110kV Nông Cống E9.8 đi qua huyện Như Thanh và huyện Như Xuân của tỉnh Thanh Hóa có diện tích khoảng 543.7km². Nằm bên đường Hồ Chí Minh và quốc lộ 45, cách Thành phố Thanh Hóa 80 km; về phía Tây-Nam. Dân số của vùng năm 2020 là 372.000 người, với nhiều dân tộc khác nhau như Kinh, Thái, Thổ, Mường, Tày.,... 1.1.2. Đặc điểm kinh tế xã hội Sau nhiều năm xây dựng, phát triển, địa phương này (huyện Như Xuân) đã đạt được một số thành tựu quan trọng trong tất cả các lĩnh vực. Tốc độ tăng trưởng kinh tế của luôn duy trì ổn định với mức tăng bình quân hàng năm đạt từ 10 - 11; thu nhập bình quân đầu người đạt 88,12 triệu đồngnăm. Dân số toàn huyện Như Xuân tăng từ 100.627 người lên là 200.108 người; tỷ lệ lao động phi nông nghiệp từ 71 lên 81; diện tích đất xây dựng đô thị tăng từ 6,02km2 lên 8,17km2; lượng khách du lịch, tham gia các hoạt động xây dựng, thương mại, dịch vụ lưu trú tại thành phố tăng từ 174.000 lượt ngườinăm lên 4,9 triệu lượt ngườinăm; Giao thông: Hệ thống giao thông trên địa bàn có đường Hồ Chí Minh và quốc lộ 45, cách Thành phố Thanh Hóa 80 km. Với tốc độ tăng trưởng kinh tế - văn hóa xã hội dự kiến ở trên, dự báo yêu cầu tăng trưởng phụ tải điện của khu vực trong giai đoạn 2020 – 2025 sẽ là từ 12năm đến 15năm. Đây chính là bài toán quan trọng cho sự phát triển bền vững của địa phương, với nhu cầu cấp thiết phát triển lưới điện và mạng lưới năng lượng của quận để đáp ứng tốt nhất nhu cầu phát triển kinh tế, xã hội trong giai đoạn tới. 5 Thêm vào đó, với sự chuyển dịch kinh tế, mở rộng nhiều trung tâm dịch vụ, công nghiệp sẽ đòi hỏi lưới điện khu vực có những bước chuyển mình, kể cả mặt chất lượng và quy mô trên địa bàn khu vực. 1.1.3. Đặc điểm lưới điện 1.1.3.1. Khái quát hệ thống lưới điện phân phối Theo số liệu thống kê, diễn biến tiêu thụ điện năng qua các năm từ 2016 trở lại đây, điện năng thương phẩm năm sau đều cao hơn năm trước. Mức tăng trưởng này tập trung vào chủ yếu ở các thành phần ánh sáng sinh hoạt, công nghiệp và thương mại dịch vụ. Qui luật này phù hợp với cơ chế thị trường và chính sách đổi mới phát triển nền kinh tế của các huyện. Diễn biến tiêu thụ điện năng của huyện Như Xuân qua các năm cho thấy từ năm 2016 đến năm 2020 tốc độ tăng trưởng bình quân điện thương phẩm đạt 15năm. Từ năm 2016 đến năm 2017 tốc độ tăng trưởng bình quân điện thương phẩm đạt 12,5năm, năm 2018 đạt 15năm, từ năm 2019 đến năm 2020 đạt 17,5năm. Trong cơ cấu tiêu thụ điện năng của năm 2016-2020 cho thấy: tỷ trọng ngành công nghiệp - xây dựng chiếm 31.78,75, thương mại dịch vụ 2,09, quản lý và tiêu dùng dân cư 56,68, các hoạt động khác 6,93. Bình quân điện thương phẩm cho một người dân huyện Như Xuân năm 2020 đạt 968 kWhngườinăm. Sản lượng điện thành phần quản lý và tiêu dùng dân cư chiếm tỷ trọng rất cao, sau đó là thành phần thương mại dịch vụ và công nghiệp - xây dựng. Biểu đồ phụ tải ngày điển hình của huyện Như Xuân nói chung cho thấy phụ tải cực đại rơi vào từ 18-20h đêm, ứng với thời điểm ánh sáng sinh hoạt gia đình, công suất cực đại của huyện Như Xuân năm 2020 đạt 10MW. 1.1.3.2. Thành phần phụ tải Đường dây 35kV lộ 377 trạm 110kV Nông Cống E9.8 do Điện lực Như Xuân, Công ty Điện lực Thanh Hóa quản lý vận hành. 6 Phụ tải điện tập trung vào chủ yếu ở các thành phần ánh sáng sinh hoạt, công nghiệp và thương mại dịch vụ. Quy luật này phù hợp với cơ chế thị trường và chính sách đổi mới, phát triển của nền kinh tế huyện Như Xuân. Điện năng tiêu thụ huyện Như Xuân từ năm 2016 đến 2020 được thống kê trong bảng sau: Bảng 1.1. Điện năng tiêu thụ của huyện Như Xuân-Thanh Hóa (kWh) Ngành 2016 2017 2018 2019 2020 Tăng trưởng 16-20 Nông, lâm, thuỷ sản 657,044 739,174 850,050 998,809 1,173,601 2.56 Công nghiệp, xây dựng 8,143,619 9,161,571 10,535,807 12,379,573 14,545,998 31.78 Thương mại, dịch vụ 523,416 588,843 677,169 795,674 934,917 2.04 Quản lý, tiêu dùng 14,524,396 16,339,946 18,790,938 22,079,352 25,943,239 56.68 Hoạt động khác 1,776,666 1,998,749 2,298,562 2,700,810 3,173,452 6.93 Tổng sản lượng 25,625,141 28,828,283 33,152,526 38,954,218 45,771,206 Tổn thất 10,72 10,56 10,51 10,22 9,98 1.1.3.3. Khối lượng quản lý vận hành Bảng 1.2. Khối lượng quản lý vận hành đến cuối tháng 12 năm 2020 Số TT Nội dung Đơn vị Khối lượng Tài sản ĐL Tài sản KH Tổng 1 Đường dây trung áp 35kV km 180,19 43,15 223,34 2 Đường dây hạ áp Km 515.548 0 515.548 4 TBA phân phối TrạmkVA 10515,455 6121,605 16637,060 5 Tụ bù 5.1 Trung áp Điểm đặt 763,000 00 763,000 7 kVAr 5.2 Hạ áp Điểm đặt kVAr 1344,560 00 1344,560 1.2. Các lộ đường dây trung thế cấp điện và đồ thị phụ tải điển hình Khu vực huyện Như Xuân được cấp điện với duy nhất 01 dường dây 35kV lộ 377 trạm 110kV Nông Cống E9.8. 1.2.1. Xuất tuyến 377E9.8 Phạm vi cấp điện: khu vực toàn bộ huyện Như Xuân Số trạm biến áp trên đường dây: 174 trạm, tổng dung lượng 4,15MWA Số cụm tụ bù 35kV: 07 cụm, tổng dung lượng 63,00kVAr (bù cố định). Điện áp tại thanh cái trạm 110kV: từ 35 đến 37kV tùy vào từng thời điểm trong ngày. Xuất tuyến 377E9.8: Cấp điện toàn bộ khu vực huyện Như Xuân Hình 1.1. Đồ thị phụ tải lộ 377 E9.8 Đặc thù của xuất tuyến này là phụ tải điện dân dụng nên công suất cao điểm vào lúc trưa 11h và tối 19h. 8 Công suất lúc cao điểm: 4,3MVA cosφ 0,94. Điện áp tại thanh cái trạm 110kV: từ 35 đến 38kV tùy vào từng thời điểm trong ngày. Hệ số công suất đầu đường dây: 0,98 1.3. Kết quả thực hiện chỉ tiêu tổn thất Bảng 1.3. Số liệu về tổn thất điện năng trên đường dây 35 kV lộ 377 E9.8 S TT Lộ đường dây Kế hoạch giao Điện nhận Điện tổn thất Tỷ lệ tổn thất So sánh kế hoạch 1 Lộ 377 E9.8 4,25 38,956,880 2,372,474 6,09 1.84 1.4. Số liệu các trạm biến áp Bảng 1.4. Số liệu cơ bản các trạm biến áp trên đường dây 35 kV lộ 377 E9.8 STT Tên TBA Công suất Sản lượng hữu công Sản lượng vô công Hệ số công suất costb Tổn thất () kVA (kWh) tháng 122020 (kVARh) tháng 122020 1 Yên Cát 1 560 86,491.00 27,125 0.93 4.03 2 Yên Cát 2 400 68,340.00 24,495 0.92 4.50 3 Yên Cát 3 250 51,647.00 11,570 0.95 3.82 4 Yên Cát 4 320 68,105.00 18,308 0.94 9.14 5 Yên Cát 5 250 43,546.00 9,755 0.95 5.44 6 Yên Cát 6 250 47,891.00 12,874 0.94 3.13 7 Yên Cát 7 250 21,153.00 3,791 0.96 5.67 8 Cát Tiến 180 23,438.00 7,351 0.93 9.99 9 Cát Tân 1 180 25,435.00 5,698 0.95 11.87 10 Cát Tân 2 100 20,318.00 0.96 2.55 9 3,641 11 Cát Tân 3 180 21,114.00 6,622 0.93 3.68 12 Cát Tân 4 75 6,964.00 2,808 0.91 15.43 13 Yên Lễ 1 160 26,511.00 5,939 0.95 11.04 14 Yên Lễ 2 100 15,089.00 2,704 0.96 3.65 15 Yên Lễ 3 160 21,272.00 3,812 0.96 14.14 16 Yên Lễ 4 180 33,090.00 13,343 0.91 10.66 17 Cát Vân 1 180 23,317.00 5,223 0.95 7.58 18 Cát Vân 2 100 14,242.00 3,828 0.94 9.40 19 Cát Vân 3 100 9,730.00 3,052 0.93 8.38 20 Cát Vân 4 100 11,243.00 3,526 0.93 16.81 21 Thượng Ninh 1 100 15,705.00 5,629 0.92 19.05 22 Thượng Ninh 2 250 45,056.00 12,112 0.94 11.17 23 Thượng Ninh 3 250 38,384.00 8,599 0.95 16.19 24 Thượng Ninh 4 100 14,254.00 3,832 0.94 15.38 25 Tân Bình 1 180 27,562.00 7,409 0.94 8.86 26 Tân Bình 2 75 9,756.00 1,748 0.96 8.65 27 Tân Bình 3 75 10,817.00 1,939 0.96 11.30 28 Tân Bình 4 100 5,491.00 738 0.97 10.13 29 Bình Lương 1 75 7,395.00 1,657 0.95 9.71 30 Bình Lương 2 200 24,145.00 5,409 0.95 9.16 31 Bình Lương 3 50 5,376.00 723 0.97 8.57 32 Bình Lương 4 75 7,492.00 1,343 0.96 8.41 33 Bình Lương 5 100 17,539.00 0.95 6.11 10 3,929 34 Bình Lương 6 75 7,665.00 1,717 0.95 5.55 35 Hoá Quỳ 1 250 54,258.00 17,016 0.93 18.16 36 Hoá Quỳ 2 250 62,683.00 22,467 0.92 18.59 37 Hoá Quỳ 3 100 20,720.00 5,570 0.94 16.89 38 Hoá Quỳ 4 100 9,901.00 2,218 0.95 15.38 39 Xuân Quỳ 1 160 28,688.00 6,427 0.95 7.31 40 Xuân Quỳ 2 180 24,592.00 5,509 0.95 1.63 41 Xuân Hoà 1 180 34,576.00 9,295 0.94 10.05 42 Xuân Hoà 2 100 19,619.00 5,274 0.94 8.83 43 Thanh Xuân 1 75 8,967.00 1,607 0.96 4.20 44 Thanh Xuân 2 250 32,070.00 5,747 0.96 7.31 45 Thanh Xuân 3 100 10,323.00 2,313 0.95 7.67 46 Thanh Xuân 4 50 6,974.00 937 0.97 4.99 47 Thanh Sơn 1 100 14,604.00 4,580 0.93 3.28 48 Thanh Sơn 2 180 26,868.00 8,426 0.93 6.87 49 Thanh Sơn 3 100 10,297.00 2,307 0.95 6.22 50 Thanh Quân 1 160 39,371.00 10,584 0.94 11.98 51 Thanh Quân 2 100 15,773.00 4,240 0.94 2.88 52 Thanh Quân 3 180 20,726.00 6,500 0.93 7.80 53 Thanh Lâm 1 100 18,666.00 6,690 0.92 13.68 54 Thanh Lâm 2 180 18,230.00 6,534 0.92 18.43 55 Thanh Lâm 3 100 14,059.00 4,409 0.93 12.89 56 Thanh Hoà 1 100 9,120.00 0.95 2.98 11 2,043 57 Thanh Hoà 2 100 14,067.00 3,151 0.95 3.12 58 Thanh Hoà 3 50 7,062.00 1,266 0.96 7.50 59 Thanh Phong 1 75 9,628.00 2,157 0.95 15.65 60 Thanh Phong 2 180 8,684.00 1,945 0.95 6.02 61 Thanh Phong 3 75 10,579.00 1,896 0.96 5.21 62 Sông chàng 50 7,175.00 3,858 0.88 3.76 63 Hóa Quỳ 5 180 21,244.00 4,759 0.95 4.37 64 Thượng Ninh 5 180 27,271.00 6,109 0.95 14.12 65 Thượng Ninh 6 100 14,591.00 3,922 0.94 10.26 66 Yên Lễ 6 100 14,364.00 1,931 0.97 9.20 67 Yên Lễ 7 100 15,297.00 2,741 0.96 2.26 68 Xuân Hòa 3 100 16,481.00 4,430 0.94 10.53 69 Thanh Sơn 4 100 6,144.00 1,376 0.95 5.84 70 Tân Bình 5 50 3,289.00 442 0.97 17.36 71 Bình Lương 7 100 8,609.00 1,157 0.97 5.91 72 Thanh Hòa 4 100 15,122.00 3,388 0.95 10.36 73 Thanh Lâm 4 75 7,420.00 1,995 0.94 1.72 74 Cát Vân 5 160 26,289.00 5,889 0.95 7.51 75 Thanh Phong 4 100 6,789.00 1,825 0.94 5.45 76 Thanh Quân 4 50 6,736.00 1,811 0.94 4.86 77 Thanh Xuân 5 75 8,342.00 1,495 0.96 3.62 78 Cát Tân 5 50 8,775.00 1,573 0.96 7.14 12 79 Xuân Hoà 4 160 14,696.00 3,292 0.95 6.63 80 Làng TNLN 1 100 13,234.00 3,558 0.94 17.49 81 Làng TNLN 2 100 11,271.00 3,535 0.93 1.13 82 Xuân Quỳ 3 100 11,981.00 2,147 0.96 3.07 83 Thanh Phong 5 100 23,939.00 4,290 0.96 6.92 84 Thanh Quân 5 75 12,671.00 3,406 0.94 10.13 85 Xuân Khánh 320 40,031.00 12,555 0.93 12.98 86 Chôi Trờn 180 25,914.00 5,805 0.95 6.11 87 Tân Bình 6 100 16,272.00 3,645 0.95 12.33 88 Thanh Lâm 5 75 15,161.00 4,076 0.94 12.41 89 Bình Lương 8 50 7,700.00 1,035 0.97 6.67 90 Làng Má 100 5,662.00 507 0.98 13.16 91 Thôn 6 180 13,825.00 1,858 0.97 12.28 92 Thôn 10 180 20,684.00 2,780 0.97 9.28 93 Khối cơ quan 250 30,365.00 5,442 0.96 11.83 94 Thôn Hào 180 22,095.00 4,950 0.95 11.05 95 Thôn 4 180 13,438.00 3,010 0.95 15.16 96 Thôn 12 180 35,257.00 9,478 0.94 12.69 97 Xuân Hồng 250 40,770.00 10,960 0.94 16.86 98 Bãi Trành 1 560 101,414.00 27,262 0.94 9.32 99 Thôn 3 250 25,654.00 4,597 0.96 14.94 100 Thượng Ninh 7 75 7,219.00 970 0.97 11.53 101 Thượng Ninh 8 160 12,981.00 2,326 0.96 4.69 13 102 Thượng Ninh 9 100 8,957.00 1,204 0.97 17.37 103 Thôn 7 100 7,446.00 1,001 0.97 6.22 104 Mỹ Ré 250 33,153.00 7,427 0.95 7.50 105 Xuân Quỳ 4 75 4,824.00 865 0.96 2.94 106 THPT 50 5316 1,752 0.93 3.45 107 Kho Bạc 50 7,175.00 3,858 0.88 3.76 108 TT Y tê dự phòng 50 7,700.00 1,035 0.97 6.67 109 Vi Ba 30 3,289.00 442 0.97 17.36 110 Hạt Giao thông đường HCM 50 6,736.00 1,811 0.94 4.86 111 Viet tel Mỹ Ré 10 4430 1,460 0.78 2.88 112 TBA Đại Lâm 75 7,420.00 1,995 0.94 1.72 113 TBA K2 Thanh Lâm 180 15,948 7,249 0.89 7.8 114 TBA C3 50 5847.6 1,927 0.93 3.45 115 TBA C4 180 15,948 7,249 0.89 6.9 116 TBA C5 50 1,930 - 0.98 0.92 117 750 kVA NM Sắn 750 86,848 16,274 0.96 2.80 118 250 kVA NM Sắn 250 36,985 13,155 0.92 3.27 119 560 kVA NM Sắn 560 29,658 3,360 0.97 3.07 120 1000 kVA NM Sắn 1000 36,330 - 0.98 4.55 121 400 kVA Trạm bơm NMS 400 39,901 8,564 0.96 3.31 122 Viet tel Hoá Quỳ 10 1,016 - 0.52 0.48 123 Xưởng Cà phê Hoá Quỳ 75 10,240 3,100 0.94 4.13 124 TBA C6 180 4,740 420 0.98 2.36 125 Khánh Nam 400 58,626 0.98 3.09 14 150 126 Vietnam mobile 30 3,330 3,405 0.68 0.41 127 Cty Lam Sơn 1 75 7372 1,448 0.91 2.71 128 Cty Lam Sơn 2 500 29,658 3,360 0.97 3.07 129 Thanh Thành Đạt 1000 134400 41,600 0.38 0.73 130 Trần Hoàn 1 560 35552 8,976 1.05 2.22 131 Trần Hoàn 2 560 21120 10,200 0.70 2.60 132 Bình Tùng 560 23,138 - 0.98 2.79 133 Yên Tâm 400 81,808 181 0.98 3.37 134 An Dũng 400 56,781 12,970 0.95 3.23 135 Hoan Liên 1 630 38,720 16,960 0.90 3.42 136 hoan Liên 2 500 61952 27,136 0.90 3.42 137 An Thạch Hưng 630 74342.4 32,563 0.92 3.45 138 Thành Đạt 1 630 63191.04 27,679 0.93 3.49 139 Thành Đạt 2 630 73679.2 32,273 0.91 3.42 140 Thành Đạt 3 250 11,181 3,800 0.93 6.61 141 Quỳnh Phương 320 10,560 2,040 0.96 3.92 142 Cao Lanh 180 9,060 1,770 0.96 4.64 143 Cường Vinh 320 16,080 2,340 0.97 4.39 144 TT dạy nghề TG Thanh Lâm 160 24,000 6,180 0.95 3.58 145 Xưởng khai thác đá TG Thanh Lâm 250 17,700 5,000 0.94 0.60 146 Ngân hàng Nông nghiệp 75 8364.6 3,490 0.93 2.02 147 K5 Thanh Lâm 250 29,658 3,360 0.97 3.07 148 PUZOLAN 750 89,530 10,372 0.97 4.05 15 149 CHI CỤC THUẾ 100 16,200 1,680 0.97 2.95 150 Bệnh viện đa khoa 250 29,421 1,520 0.98 2.13 151 Trường Sơn 1 560 23,973 3,420 0.97 4.56 152 Trường Sơn 2 750 107,381 19,339 0.96 2.10 153 Hoàng Yến 1250 36,330 - 0.96 0.96 154 MBA Ngô Huy Dũng 1 400 6,300 1,980 0.93 5.06 155 MBA Ngô Huy Dũng 2 400 56,542 8,147 0.97 5.00 156 Agribank Bãi Trành 30 210 - 0.98 0.35 157 Song Dương 320 77,106 12,146 0.97 4.24 158 Minh Quý 75 33,169 - 0.98 4.95 159 Nguyễn Xuân Hùng 100 5,720 - 0.98 2.35 160 Trang trại kiên kết hộ 250 27,328 3,696 0.97 0.96 161 Sơn Long 320 69,079 9,380 0.97 2.24 162 Nguyễn Văn Hùng 100 6,720 1,200 0.96 4.01 163 NNS Thanh Xuân 1 320 69,079 9,380 0.97 2.24 164 NNS Thanh Xuân 2 1000 56,538 36,000 0.82 7.03 165 STEMKOS 1000 70,627 11,666 0.97 4.87 166 Trang trại chăn nuôi Thanh Sơn 320 17,509 2,369 0.97 4.56 16 1.5. Sơ đồ nguyên lý đường dây trung thế Hình 1.2. Đường dây 35kV Lộ377 E9.8 17 1.6. Kết luận chương 1 Từ những phân tích và các bảng số liệu ở trên có thể thấy rằng phần lớn các hộ phụ tải được cấp điện với chất lượng điện năng khá tốt, nhưng vẫn còn một số vị trí (ở một số trạm biến áp) chất lượng điện năng rất thấp (có trạm biến áp hệ số công suất trung bình chỉ đạt 0,38 (trạm Thanh Thành Đạt)). Vì vậy việc cải thiện chất lượng điện năng tại một số trạm biến áp của lưới điện Đường dây 35kV lộ 377 trạm 110kV Nông Cống E9.8 là hết sức cần thiết để nâng cao hiệu quả việc sử dụng năng lượng nhằm phục vụ tốt nhất các nhu cầu phát triển kinh tế - xã hội, phục vụ mục đích chính trị, bảo đảm an ninh - quốc phòng. Đồng thời việc nâng cao chất lượng điện năng cũng là mục tiêu giảm tổn thất điện năng của Đường dây 35kV lộ 377 trạm 110kV Nông Cống E9.8 theo kế hoạch Công ty Điện lực Thanh Hóa giao. 18 Chương 2 CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN ÁP VÀ GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỆN ÁP CỦA MẠNG ĐIỆN 2.1. Các chỉ tiêu chất lượng điện áp nguồn cung cấp Chất lượng điện năng của nguồn điện cung cấp được đánh giá qua hai chỉ tiêu chính là tần số và điện áp. Trong đó, điện áp mang tính chất cục bộ, còn tần số mang tính hệ thống. Tần số đạt giá trị định mức khi có sự cân bằng công suất tác dụng phát ra với công suất tác dụng của phụ tải. Điện áp đạt giá trị định mức khi có sự cân bằng công suất phản kháng phát ra với công suất phản kháng của phụ tải. Chất lượng điện áp được đánh giá qua bốn chỉ tiêu. 2.1.1. Độ lệch điện áp Điện áp đạt giá trị định mức khi công suất phản kháng phát ra cân bằng với công suất phản kháng của phụ tải. Giá trị điện áp tại một điểm nào đó trong hệ thống điện phụ thuộc vào khoảng cách từ nguồn đến điểm đó, tình trạng của phụ tải và việc nâng cao điện áp tại nguồn và các máy biến áp, vì vậy tại một điểm trong hệ thống điện luôn tồn tại độ lệch điện áp, độ lệch điện áp được biểu thị dưới dạng: 2.1.1.1. Độ lệch điện áp tuyệt đối Độ lệch điện áp tuyệt đối là độ chênh lệch giữa điện áp thực tế đo tại một điểm so với giá trị định mức, được xác định như sau: U = U - Uđm V (2.1) Trong đó: U: Độ lệch điện áp tại điểm khảo sát, V U: Điện áp thực tế đo được, V Uđm: Điện áp định mức, V Độ lệch điện áp tại một điểm j bất kỳ trên lưới điện còn được xác định như sau: Σj n j jΔU ΔU ΣΔE ΔU   (2.2) 19 Trong đó: U j : Độ lệch điện áp tuyệt đối tại điểm j, V Un: Độ lệch điện áp tại đầu nguồn, V Ej: Độ gia tăng điện áp tại MBA thứ j từ nguồn đến điểm khảo sát, V ∆Uj: Hao tổn điện áp trên đoạn dây thứ j từ nguồn đến điểm khảo sát, V - Độ lệch điện áp tương đối Độ lệch điện áp tương đối là độ lệch điện áp tuyệt đối tính theo phần trăm so với giá trị định mức, được xác định: đm tđ đm U U ΔU x100 U   (2.3) Trong đó: Utđ: Độ lệch điện áp tương đối tại điểm khảo sát, U: Điện áp thực tế tại điểm khảo sát, V Uđm: Điện áp định mức tại điểm cần xác định độ lệch điện áp, V Chỉ tiêu độ lệch điện áp thỏa mãn khi nằm trong giới hạn cho phép. Mỗi khu vực, mỗi quốc gia đưa ra các tiêu chuẩn khác nhau về giá trị độ lệch điện áp cho phép. Theo tiêu chuẩn Việt Nam, tiêu chuẩn độ lệch điện áp cho phép đối với từng loại hộ tiêu thụ điện khác nhau là khác nhau, ở chế độ làm việc bình thường được quy định như sau: Bảng 2.1. Độ lệch điện áp cho phép ở chế độ làm việc bình thường STT Hộ tiêu thụ điện Giới hạn dưới V - cp Giới hạn trên V+cp 1 Động cơ điện -5 +10 2 Chiếu sáng -2,5 +5 3 Thiết bị điện Công nghiệp -5 +5 4 Thiết bị điện Nông nghiệp -7,5 +7,5 20 2.1.2. Độ dao động điện áp Dao động điện áp là sự biến thiên nhanh của điện áp xảy ra trong khoảng thời gian tương đối ngắn với tốc độ không quá 1 giây, được xác định: 0 0 0 0 0 0dđ max minΔU U U  , (2.4) Umax, Umin : Lần lượt là điện áp lớn nhất và điện áp nhỏ nhất tính theo phần trăm so với giá trị định mức khi xảy ra dao động điện áp, Độ dao động điện áp cho phép được xác định: 0 0 6 Δt ΔU 1 1 n 10     (2.5) Trong đó: n: Số lần xảy ra dao động điện áp trong 1 giờ, lầnh ∆t: Thời gian trung bình giữa các lần dao động, phút 2.1.3. Độ không sin của điện áp Điện áp và dòng điện 3 pha của nguồn cung cấp biến thiên theo chu kỳ hình sin với tần số 50Hz. Thực tế, do nhiều nguyên nhân ảnh hưởng đến lưới điện (chủ yếu do tải) làm méo đường cong điện áp vào tạo nên độ không hình sin. Giá trị hiệu dụng điện áp không sin được xác định: 2 meo h k 1 U U     (2.6) Trong đó: Umeo: giá trị điện áp hiệu dụng không sin, V Uh: giá trị hiệu dụng của thành phần điện áp sóng hài bậc cao, V Thực tế nguồn điện chỉ có sóng bậc 3 có giá trị đáng kể nhất, các thành phần sóng bậc hài cao có giá trị hiệu dụng giảm dần. Nên người ta chỉ tính đến bậc 13, khi đó giá trị hiệu dụng điện áp không sin tính gần đúng: 13 2 meo h k 3 U U    21 Hệ số không sin kks được xác định: ks 1 ks 1 U U k x100 U   (2.7) Trong đó: U1: Điện áp hiệu dụng thành phần sóng cơ bản, V Hệ số không sin cho phép kks= 5 2.1.4. Độ đối xứng của điện áp Do sử dụng nhiều thiết bị một pha, tải phân bố không đều dẫn đến sự không đối xứng giữa các pha làm xuất hiện thành phần thứ tự thuận, thành phần thứ tự nghịch, và thứ tự không. Độ không đối xứng của điện áp và dòng điện được biểu diễn thông qua các hệ số không đối xứng: Theo dòng điện: 0 2 2 0 ksI ksI kdxI kdxI 1 1 II k x100; k x100 I I   (2.8) Trong đó: - 2 0kdxI kdxIk , k : Lần lượt là hệ số không đối xứng thành phần dòng điện thứ tự nghịch, thứ tự không. - I1, I2, I0 : Lần lượt là thành phần dòng điện thứ tự thuận, thứ tự nghịch, thứ tự không, A Theo điện áp: 0 2 2 0 ksI ksI kdxU kdxU 1 1 UU k x100; k x100 U U   (2.9) Trong đó: - 2 0kdxU kdxUk , k : Lần lượt là hệ số không đối xứng thành phần điện áp thứ tự nghịch, thứ tự không. 22 - U1, U2, U0 : Lần lượt là thành phần điện áp thứ tự thuận, thứ tự nghịch, thứ tự không, V Hệ số không đối xứng tiêu chuẩn kkdxtc= 2 5 2.2. Các phương pháp đánh giá chất lượng điện áp 2.2.1. Đánh giá chất lượng điện áp theo theo độ lệch điện áp 2.2.1.1. Đánh giá chất lượng điện áp theo độ lệch giới hạn của điện áp Để đánh giá chất lượng điện áp tại một điểm chúng ta có thể căn cứ vào độ lệch điện áp thực tế tại các nút mạng điện, từ đó so sánh với giá trị độ lệch điện áp cho phép đối với các phụ tải nối vào điểm đánh giá độ lệch điện áp đó. Hao tổn điện áp tuyệt đối và tương đối trong một đoạn mạng điện được xác định theo công thức: ( 2 ) ( 2 ) ( 2 ) P .R Q . X ΔU U   (2.10) ( 1 ) ( 1 ) ( 1 ) P .R Q .X ΔU U   (2.11) ( 2 ) ( 2 ) 0 0 dm ΔU ΔU x100 U  (2.12) ( 1 ) ( 1 ) 0 0 dm ΔU ΔU x100 U  (2.13) Trong đó: - P, Q : Công suất tác dụng và công suất phản kháng truyền tải trên đoạn mạng điện; - U : Điện áp thực tế điểm cuối của mạng điện; - Uđm : Điện áp định mức của đoạn mạng điện. Độ lệch điện áp tại đầu vào hộ dùng điện, thường được xác định tại thời điểm phụ tải cực đại và phụ tải cực tiểu, giá trị của độ lệch điện áp tại một điểm có thể đánh giá bằng cách đo điện áp tại điểm muốn đánh giá chất lượng, hoặc đo tại nguồn. 23 Điện áp đo được tại điểm khảo sát được đánh giá theo các bước: Xác định được độ lệch giới hạn cho phép cp cpΔU , ΔU  theo bảng 1.1; Đo giá trị điện áp thực tế tại điểm đó. Từ số liệu điện áp đo được, ta xác định được điện áp nhỏ nhất Umin (lúc phụ tải cực đại) và điện áp lớn nhất Umax ( lúc phụ tải cực tiểu). Theo công thức (2.3) ta xác định được độ lệch điện áp lúc phụ tải cực đại (2) và lúc phụ tải cực tiểu (1): ( 2 ) ( 2 ) đm đm U U ΔU 100 U    ( 1 ) ( 1 ) đm đm U U ΔU 100 U    Nếu độ lệch điện áp lúc phụ tải cực đại U(2) và lúc phụ tải cực tiểu U(1) nằm trong giới hạn cho phép thì chất lượng được đảm bảo. Khi điện áp đo được tại nguồn: m n ( 2 ) ( 2 ) ng i j i 1 j 1 ΔU ΔU ΔU E       (2.14) m n ( 1 ) ( 1 ) ng i j i 1 j 1 ΔU ΔU ΔU E       (2.15) Trong đó: Ung: Độ lệch tại đầu nguồn; ∆Ui: Hao tổn điện áp trên các đoạn thứ i; Ej : Độ gia tăng điện áp tại trạm thứ j; Các số (2), (1) ứng với giá trị khi phụ tải cực đại và cực tiểu. Điện áp được coi là đảm bảo tiêu chuẩn về độ lệch điện áp khi: U-cp ≤ U ≤ U+cp U-cp, U+cp : Độ lệch điện áp cho phép ứng với từng loại phụ tải tại thời điểm phụ tải cực đại và tại thời điểm phụ tải cực tiểu. 24 2.2.1.2. Đánh giá chất lượng điện áp theo tiêu chuẩn tích phân điện áp Do số lượng phụ tải lớn nên không thể hạn chế độ lệch điện áp và tiêu chuẩn hóa Ucp cho mỗi loại phụ tải mà phải đặt ra chỉ tiêu trung bình đối với toàn bộ nhóm thụ điện do đó chọn Ucp trung bình cho một chu kỳ T, vì vậy để đánh giá chất lượng điện cần phải xét hàm độ lệch điện áp phụ thuộc vào thời gian U = f(t). Với hàm này ta có thể xác định được điện áp trung bình sau một chu kỳ xét T nào đó và độ lệch trung bình bình phương của nó. Giá trị độ lệch trung bình của điện áp so v ới định mức ở điểm bất kỳ của lưới điện được xác định theo biểu thức: T i 0 1 ΔU ΔU(t)dt T   (2.16) Trong đó: U(t): Sự thay đổi theo thời gian của độ lệch điện áp, ; T : Chu kỳ khảo sát. Đặc trưng đầy đủ hơn của chất lượng điện áp là độ lệch trung bình bình phương của nó hay còn gọi là độ bất định của điện áp, nó được xác định theo biểu thức:   T 2 i 0 1 H ΔU(t) dt T   (2.17) Hi: Độ bất định của điện áp tại điểm i sau chu kỳ T. H gọi là tính không nhất quán, hay độ bất định của điện áp hay tiêu chuẩn tích phân độ lệch điện áp. Đối với điện áp trong lưới điện hình tia có n điểm thì độ bất định của điện áp là: n i i i 1 n i i 1 ΔU P ΔU P      (2.18) 25 n i i i 1 n i i 1 H P H P      (2.19) Pi: Công suất cực đại của phụ tải thứ i, kW; n: Số lượng các điểm xét. - Đánh giá chất lượng điện áp theo mô hình xác suất thống kê Giả sử độ lệch điện áp trong mạng điện là một đại lượng ngẫu nhiên tuân theo quy luật hàm phân bố chuẩn, tức là hàm mật độ xác suất có dạng: 2 i 2 ΔU ( ΔU ΔU ) 2σ ΔU 1 f ( ΔU) e σ 2Π   (2.20) Trong đó: U: Độ lệch điện áp so với định mức ΔU : Kỳ vọng toán học của độ lệch điện áp ΔUσ : Độ lệch trung bình bình phương của độ lệch điện áp, xác định theo phương sai, Theo lý thuyết xác suất, độ bất định điện áp xem như đại lượng thứ hai ngẫu nhiên nên: itb i 2 2 i ΔUH ΔU σ  (2.21)  i t 2 iU b 2 tΔ i 0 1 D ΔU t Δ dσ U t T      (2.22) Giữa độ lệch trung bình bình phương và độ lệch chuẩn của điện áp có mối quan hệ: u ΔU dm σ σ .100 U  (2.23) Uđm: Điện áp định mức, V. σu xác định theo quy tắc “ba xích ma” dựa vào quan hệ: 26 min u u maxU U 3σ U U 3σ U      (2.24) : Kỳ vọng toán học của điện áp hay còn gọi là giá trị điện áp trung bình, vì: Umax – Umin = 6σu , nên ta có: max min u U U σ 6   Giá trị điện áp trung bình trong một số trường hợp có thể xác định: (Umin + Umax)2 . Từ đây chúng ta có thể xác định được các giá trị σu và Utb một cách đơn giản. Xác suất chất lượng điện áp là xác suất mà độ lệch điện áp U của điểm nút ta xét nằm trong giới hạn cho phép.           cp cp 2 cp 2 ΔU cp V CL cp cp V ΔU ΔU V 2σ 2 1 ΔUV p p ΔU ΔU ΔU f ΔU dΔU dΔU e F X F X σ 2π                  (2.25) Trong đó: tb tb 1 1 ΔU ΔU ΔU ΔU ΔU ΔU X ; X σ σ       F(X) : Hàm Laplace, giá trị hàm Laplace được tính sẵn trong các bảng của lý thuyết xác suất thống kê với chú ý đây là hàm lẻ nên giá trị F(-X) = -F(X) . Biết được xác suất chất lượng pCL có thể dễ dàng xác định được: + Thời gian điện năng đảm bảo chất lượng TCL= pCL.T h + Điện năng đảm bảo chất lượng ACL= pCL.A kWh Trong đó: A là tổng điện năng tiêu thụ trong thời gian xét T, kWh Trong thực tế khi có các dãy số liệu về điện áp có thể xác định các đại lượng Utb, σu,… theo quy tắc xác suất thống kê. 27 2.2.1.3. Đánh giá chất lượng điện áp theo tương quan giữa công suất và điện áp P, U tại mỗi nút của lưới điện là một đại lượng ngẫu nhiên, giữa P và U có quan hệ mật thiết, giả sử f(P,U) hàm mật độ của P, U và hàm phân phối chuẩn xác suất có dạng:     P U - - F P,U f P,U dudp      (2.26) Xác suất P, U trong giới hạn P1 – P2, U1 – U2, có thể viết:          2 2 1 1 p U 1 2 1 2 p U f P P P ; U U U f P,U dudp       (2.27) Nếu P1 tiến đến Pmin, P2 tiến đến Pmax: U1, U2 nằm trong giới hạn: UCPmin  UCPmax thì xác suất p biểu thị xác suất điện năng có chất lượng:          cpma min cp mi x max n U p min max cpmin cpmax p U f P P P ; U U U f P,U dudp       Tương tự có thể viết biểu thức xác định lượng điện năng đảm bảo chất lượng:   cpmax cpmin U CL 0 U A T Pf P,U dudp     (2.28) Với tổng điện năng tiêu thụ:   0 0 A T Pf P,U dudp     (2.29) Điện năng không đảm bảo chất lượng: AKCL= - ACL Việc tính toán ACL theo phương pháp trên khá phức tạp, để đơn giản ta có thể sử dụng phương pháp quy hồi thực nghiệm để xác định gần đúng ACL Đường quy hồi thực nghiệm viết theo công suất có dạng:    tb tb 2 Δu M P,U P U U P σ    (2.30) Ptb, Utb: giá trị trung bình của công suất, điện áp 28 M(P, U) : mômen tương quan giữa P và U. Giả sử điện áp tuân theo quy luật hàm phân bố chuẩn có thể xác định thời gian chất lượng theo công thức:   cpmax cpmin U cpmax tb cpmin tb CL u uU U U U U T f U du T F F σ σ                      (2.31) Trong đó: F là hàm Laplace ta có thể tra bảng để xác định giá trị của hàm số Điện năng chất lượng: tbmax tb tbmin tb CL CL CL tb u u U U U U A T .P T .P F F σ σ                     (2.32) Để tăng độ chính xác của phép tính ta có thể chia miền điện áp Ucpmin - Ucpmax ra thành nhiều khoảng, ở mỗi khoảng xác định giá trị Ptbi và Utbi 2.2.2. Đánh giá độ đối xứng của điện áp 2.2.2.1. Phương pháp phân tích các thành phần đối xứng Bất kỳ một hệ thống ba pha không đối xứng nào cũng có thể phân tích thành 3 hệ thống vecto đối xứng: thứ tự thuận, thứ tự nghịch, thứ tự không. A A1 A2 A0 1 2 0 2 B B1 B 2 B0 1 2 0 2 C C1 C 2 C0 1 2 0 U U U U U U U U U U U a U aU U U U U U aU a U U                   Giải hệ phương trình ta được:       2 1 A B C 2 2 A B C 3 A B C U U aU a U U U a U aU U U U U          Trong đó: a là toán tử quay o 0 j120 2 j 240 3 4 2 a e 1 2 j 3 2;a e 1 2 j 3 2 a 1;a a;a a 1 0               29 Từ đó xác định được hệ số không đối xứng: 2 kđx 1 U k x100 U  (2.33) Trong lưới điện 3 pha 4 dây để đánh giá độ đối xứng của điện áp ta có thể xác định hệ số không đối xứng của dòng điện như sau: Xác định giá trị dòng điện thứ tự thuận, thứ tự nghịch và thứ tự không 2 2 2 2 2 2 1t 1a 2t 2a 0t 0a 1 2 0 M M M M M M I ; I ;I 3 3 3       Trong đó:                 1t A B C 1a A B C 2t A B C B C 2a A B C B C 0t A B C B C 0t A B C B C M I I I cosφ; M I I I sinφ; M I cosφ I I cosφ I – I sinφ M I sinφ I I sinφ I – I cosφ M I cosφ I I cosφ I – I sinφ ( ) ( M I sinφ I I sinφ I – I cosφ )                       Với A B Cφ φ φ φ   Trường hợp tổng ba vector dòng điện hoặc điện áp bằng không. Giả sử ta có tổng các vecto X1 = X2 = X0 = 0 các thành phần đối xứng xác định theo các biểu thức thực nghiệm sau: 2 2 2 A B C 1 2 2 2 A B C 2 0 X X X 4 3 X X X X 4 3 X X 6 6 0          Với:      A B Cα b b X . b X . b X    30 A B CX X X b 2    Suy ra: 2 kđx 1 X K X  (2.34) 2.2.2.2. Đánh giá độ đối xứng theo phương pháp xác suất Theo phương pháp này người ta xác định tỷ số giữa xác suất của thụ điện 1 pha đóng vào lưới điện các pha so với xác suất các thụ điện 1 pha đóng đều vào 3 pha. 2.2.3. Đánh giá mức độ hình sin Có thể dựa vào phương pháp đánh giá tổn thất điện năng của mạng điện ở chế độ hình sin và không sin để đánh giá mức độ không sin của điện áp. ksin ksin ΔA ΔA K ΔA   (2.35) Trong đó: ksinΔA và ΔA là tổn thất điện năng ở chế độ không sin và chế độ hình sin của điện áp. Thực tế người ta có thể dùng cơ cấu đo đặc biệt và các vôn mét tự ghi để xác định các thành phần điện áp cao tần. 2.3. Các biện pháp nâng cao chất lượng điện áp 2.3.1. Các biện pháp chung Các phương pháp nâng cao chất lượng điện phải được chú ý từ khâu thiết kế đến quá trình vận hành hệ thống điện, mỗi một phương pháp nâng cao chất lượng điện có những quy mô khác nhau dẫn đến hiệu quả cũng khác nhau, thực tế có hai nhóm biện pháp. 2.3.1.1. Các biện pháp tổ chức vận hành Các biện pháp tổ chức vận hành hợp lý không đòi hỏi chi phí lớn nhưng đòi hỏi những người thực hiện phải hiểu rõ tình trạng làm việc của hệ thống điện, nhóm biện pháp này gồm: 31 - Phân bố lại phụ tải hợp lý Việc phân bố lại phụ tải hợp lý sẽ làm giảm tình trạng có những thời điểm phụ tải quá lớn hoặc có những thời điểm phụ tải quá nhỏ hay nói cách khác là biện pháp san phẳng đồ thị phụ tải, biện pháp này sẽ làm giảm khoảng giới hạn của độ lệch điện áp do làm thay đổi sự chênh lệch về hao tổn điện áp lúc phụ tải cực đại và lúc phụ tải cực tiểu, biện pháp này cũng giúp nâng cao hiệu suất sử dụng lưới điện. - Chọn sơ đồ cung cấp điện hợp lý Việc chọn sơ đồ cấp điện hợp lý sẽ dẫn đến giảm các thông số R và X trong lưới điện do đó sẽ giảm tới mức tối đa hao tổn điện áp dẫn đến giảm độ lệch điện áp tại các nút của lưới điện. - Chọn điện áp đầu vào thụ điện thích hợp với chế độ làm việc của thụ điện Thông thường MBA và đường dây được tính toán lựa chọn theo chế độ tải cực đại và cực tiểu. Nhưng phụ tải thực tế trong quá trình vận hành tại phần lớn thời gian lại khác chế độ tính toán. Do đó, việc chọn điện áp đầu vào của các thụ điện một cách hợp lý sẽ làm giảm sự sai khác độ lệch điện áp tại đầu vào các thụ điện này. 2.3.1.2. Điều chỉnh chế độ làm việc của thụ điện một cách hợp lý Việc điều chỉnh chế độ làm việc của thụ điện một cách hợp lý sẽ kết hợp được phụ tải phản kháng giữa các hộ dùng điện. Do đó, giảm được hao tổn công suất và hao tổn điện áp của lưới điện tại các thời điểm khác nhau. - Lựa chọn tiết diện dây trung tính hợp lý Đối với lưới điện có dây trung tính, nếu lựa chọn tiết diện dây trung tính quá nhỏ sẽ làm tăng hao tổn điện áp trên dây trung tính dẫn đến mất đối xứng trong lưới điện. - Phân bố đều phụ tải giữa các pha, tăng cường sử dụng thiết bị điện 3 pha Biện pháp này làm giảm sự mất đối xứng trong lưới điện. - Không vận hành thiết bị non tải 32 Các thiết bị vận hành non tải làm cho hệ số công suất thấp, tăng công suất phản kháng làm tăng hao tổn dẫn đến tăng độ lệch điện áp. 2.3.1.3. Các biện pháp kỹ thuật Các biện pháp kỹ thuật bao gồm: - Điều chỉnh điện áp Điều chỉnh điện áp trên lưới điện thực hiện bởi các thiết bị có thể tăng hoặc giảm điện áp như: thay đổi đầu phân áp của máy biến áp, sử dụng máy biến áp bổ trợ điện áp. - Điều hòa công suất phản kháng trong lưới điện Để thực hiện điều hòa công suất phản kháng trong lưới điện có thể sử dụng các thiết bị bù công suất phản kháng lắp đặt trên lưới điện như: sử dụng tụ bù, máy bù đồng bộ. - Đối xứng hóa lưới điện Đối xứng hóa lưới điện là thực hiện lắp đặt các thiết bị đối xứng. 2.3.2. Nâng cao chất lượng điện áp bằng điều chỉnh điện áp 2.3.2.1. Khái niệm chung Nếu điện áp đặt vào phụ tải không hoàn toàn đúng với điện áp định mức của phụ tải yêu cầu thì một hay nhiều tình trạng làm việc của phụ tải đó cũng trở nên không tốt. Nói cách khác, độ lệch điện áp càng lớn thì chỉ tiêu kinh tế của các thiết bị dùng điện càng thấp. Theo định nghĩa độ lệch điện áp bằng: đmΔU U U   (2.36) Độ lệch điện áp tính theo phần trăm so với điện áp định mức bằng: đm đm U-U δU = .100 U  (2.37) U là điện áp thực tế đặt vào phụ tải V, kV; Uđm là điện áp định mức của mạng điện V, kV; 33 Độ lệch điện áp sinh ra ở nơi tiêu thụ điện là do bởi hai nguyên nhân: nguyên nhân phát sinh ở bản thân các hộ dùng điện, và nguyên nhân phát sinh do sự biến đổi về tình trạng vận hành của hệ thống điện Xét nguyên nhân phát sinh ở bản thân các hộ dùng điện. Phụ tải của các hộ dùng điện luôn luôn thay đổi gây nên độ lệch điện áp, vì phụ tải thay đổi khiến công suất chuyên chở trong mạng điện thay đổi, mức tổn thất công suất và mức độ tổn thất điện áp trong mạng điện cũng thay đổi, gây ra các độ lệch khác nhau về điện áp. đây là các biến đổi tự nhiên và chậm. Ví dụ đèn thắp sáng vào ban ngày chỉ bằng 10 - 15 vào buổi tối, hay là ở các khu công nghiệp lớn, phụ tải ban đêm chỉ bằng 40 - 50 của phụ tải lớn nhất. Xét đến nguyên nhân phát sinh do sự biến đổi về tình trạng vận hành của hệ thống điện. Phương thức vận hành của các nhà máy điện trong hệ thống hoặc một sự thay đổi nào đó trong cấu trúc lưới cũng khiến cho sự phân bố công suất trong toàn bộ hệ thống bị thay đổi, do đó mức tổn thất điện áp cũng thay đổi và làm biến đổi luôn cả độ lệch điện áp ở nơi dùng điện. Ví dụ, các nhà máy thủy điện nếu không có hồ chứa nước thì mùa nước sẽ vận hành mãn tải, còn tới mùa cạn tất sẽ phải cho dừng bớt một số máy phát, giảm bớt phần cung cấp cho hệ thống; nhà máy điện nào cũng phải có thời kỳ đại tu, lúc đó phải cho dừng một số máy. Đặc biệt khi có sự cố trong hệ thống điện gây ra quá trình quá độ điện từ và có thể làm cho một hoặc một số phần tử ngừng hoạt động đột ngột. Các biến đổi này xảy ra rất nhanh, đồng thời gây ra các độ lệch điện áp đột ngột với biên độ khá lớn. Sự biến đổi điện áp đó dẫn đến hậu quả là: - Chất lượng điện năng ở các thiết bị dùng điện không đạt yêu cầu. Đối với động cơ không đồng bộ, khi điện áp trên cực động cơ bị giảm thấp thì mômen quay và tốc độ quay sẽ giảm, dòng điện trong stator tăng lên làm tăng phát nóng trong động cơ, động cơ khó khởi động, thời gian khởi động kéo dài. Khi xét cả máy công cụ do động cơ truyền động thì ảnh hưởng của điện áp còn liên quan đến phụ tải cơ, đến hiệu suất công tác của thiết bị. Đối với thiết bị chiếu sáng thì khi điện áp giảm, quang thông của đèn nung nóng sẽ giảm, điện áp giảm 5 thì quang thông giảm 10, dẫn đến giảm năng suất 34 và chất lượng lao động, không đảm bảo an toàn lao động. Khi điện áp tăng cao, tuổi thọ của đèn sẽ giảm, điện áp luôn tăng 1 so với điện áp định mức của đèn, tuổi thọ của đèn giảm 15; Khi điện áp luôn tăng 5 , tuổi thọ giảm một nửa và khi điện áp luôn tăng 10 – 20 bóng đèn sẽ bị cháy. Đối với đèn huỳnh quang, điện áp tăng 10, tuổi thọ của đèn giảm từ 20 – 35 . Nếu điện áp giảm, đèn khó khởi động. Khi điện áp giảm trên 20 đèn không khởi động được. Đối với các lò điện, sự biến đổi điện áp ảnh hưởng nhiều đến đặc tính kinh tế - kỹ thuật của các lò điện. Ví dụ khi điện áp ở lò luyện kim giảm từ 10 -15 thì thành phẩm có thể giảm từ 15 – 20 do hư hỏng và do thời gian bị kéo dài. - Ảnh hưởng xấu đến công tác của hệ thống điện. Điện áp tăng quá cao gây nguy hiểm cho thiết bị hệ thống điện. Ví dụ điện áp trên đường dây dài trong chế độ không tải, điện áp tăng rất cao gây nguy hiểm cho thiết bị và quá tải máy phát điện. Điện áp thấp làm giảm ổn định tĩnh của hệ thống tải điện, giảm khả năng ổn định động và ổn định tổng quát, nếu thấp quá có thể gây mất ổn định phụ tải. Đối với máy biến áp, khi điện áp tăng, làm tăng tổn thất không tải, tăng tự cảm ứng trong lưới điện và có thể dẫn đến nguy hiểm do máy bị phát nóng cục bộ, khi điện áp tăng cao quá sẽ làm hỏng cách điện. Điện áp giảm sẽ làm giảm lượng công suất phản kháng do máy phát điện và các thiết bị bù sinh ra. Mức điện áp trong hệ thống điện ảnh hưởng lớn đến tổn thất công suất và tổn thất điện năng trong hệ thống điện. Độ lệch điện áp cao nhất thường xuất hiện trong lúc sự c