Nội dung

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG HUỲNH THƢỢNG CHÍ ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ DAS ĐỂ TỰ ĐỘNG HÓA VÀ NÂNG CAO ĐỘ TIN CẬY CUNG CẤP ĐIỆN CHO LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI ĐIỆN LỰC CAM LÂM - TỈNH KHÁNH HÕA Chuyên ngành: Mạng và hệ thống điện Mã số: 60.52.50 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2013 Công trình được hoàn thành tại ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: P G S . TS. LÊ KIM HÙNG Phản biện 1: TS. Trần Vinh Tịnh Phản biện 2: TS. Thạch Lễ Khiêm Luận văn sẽ được bảo vệ tại Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ thuật họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày 21 tháng 12 năm 2013. Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng. 1 MỞ ĐẦU Quá trình tái cấu trúc ngành điện sẽ tiến dần tới cổ phần hóa các Công ty Điện lực, điều này cho phép nhiều thành phần tham gia để tạo ra một thị trường cạnh tranh trong việc cung cấp và phân phối điện năng.Yêu cầu cung cấp điện của phụ tải ngày càng cao vì vậy việc đơn thuần truyền dẫn điện đến hộ tiêu thụ sẽ là chưa đủ mà đòi hỏi các Công ty điện lực phải áp dụng các thành tựu mới nhất là công nghệ tự động hóa để nâng cao chất lượng quản lý, đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện, phát huy hiệu quả inh tế. Đối với hệ thống điện ở nước ta, việc nghiên cứu áp dụng công nghệ tự động hóa mới được quan tâm cho các nhà máy điện, hệ thống truyền tải từ 110 V trở lên qua hệ thống SCADA. Lưới điện phân phối hiện nay vẫn chưa được tự động hóa một cách hệ thống mà sử dụng chủ yếu các thiết bị làm việc độc lập như (rơle tự động đóng lặp lại F79, tự động sa thải phụ tải theo tần số F81, tự động điều chỉnh điện áp F90,…). Do đó đề tài luận văn này đi sâu nghiên cứu ứng dụng giải pháp công nghệ tự động hóa lưới điện phân phối DAS (Distribution Automation System) nhằm phối hợp tự động các thiết bị đóng cắt, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, chất lượng quản lý vận hành, giảm thiểu thời gian mất điện. DAS cho phép người vận hành có thể quản lý và điều hiển hệ thống phân phối đặt tại trung tâm điều độ hu vực với các nhiệm vụ: - Tự động phân vùng, cô lập và xử lý sự cố - Giám sát, điều hiển đóng cắt thiết bị - Quản lý cơ sở dữ liệu của hệ thống điện Trong bối cảnh hiện nay, Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) đã và đang trong tiến trình đổi mới, cải cách ngành điện chuyển sang cổ phần hóa các thành viên trong Tập đoàn và từng bước chuyển sang thị trường điện. Ngành điện trong thị trường minh 2 bạch, sẽ phải trả chi phí bồi thường cho việc mất điện của khách hàng thì việc nhanh chóng phát hiện, phân vùng sự cố nâng cao độ tin cậy cho hách hàng càng trở nên cấp thiết. Với thực trạng đó và những yêu cầu về chất lượng điện năng, độ tin cậy cung cấp điện ngày càng tăng cao của khách hàng thì việc nghiên cứu, áp dụng công nghệ DAS cho lưới điện phân phối càng trở nên cấp thiết và sẽ được áp dụng tại các Công ty điện lực trong toàn quốc. Việc ứng dụng công nghệ DAS sẽ nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, góp phần giải quyết những hó hăn về nguồn điện do hạn chế được vùng chịu ảnh hưởng mất điện hi có sự cố đường dây, tăng cường theo dõi, giám sát chất lượng điện năng để có thể đưa ra những phương án phù hợp cho công tác cải tạo, mở rộng lưới điện, chống quá tải. Kết hợp cùng với hệ thống SCADA và công nghệ đọc chỉ số công tơ từ xa AMR (Automatic Meter Reading) sẽ thực hiện tự động hóa trọn vẹn các hâu phân phối và sử dụng điện. Với những lý do trên, tác giả đã chọn đề tài “ Áp dụng công nghệ DAS để tự động hóa và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho lưới điện phân phối Điện lực Cam Lâm – Tỉnh Khánh Hòa”. 1. Mục tiêu nghiên cứu Đề tài thuộc dạng nghiên cứu ứng dụng tính năng và những ưu việt của công nghệ DAS trong LĐPP. Với các nhiệm vụ chính sau: Nghiên cứu đặc điểm sự cố lưới điện phân phối và hiện trạng cũng như xu thế tự động hóa lưới điện phân phối. Phân tích đặc tính làm việc và các nguyên tắc phối hợp của các thiết bị tham gia hệ thống tự động hóa lưới điện phân phối. Tính toán và tìm phương án tối ưu tự động hóa để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện. 2. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu 2.1. Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu áp dụng một số thành tựu mới trong lĩnh vực bảo vệ rơ le tự động hóa, lĩnh vực 3 thông tin liên lạc để cải thiện chất lượng vận hành LĐPP. 2.2. Phạm vi nghiên cứu Tự động hóa lưới điện phân phối Điện lực Cam Lâm có điện áp ≤ 35kV, cấu trúc hình tia hoặc mạch vòng kín nhưng vận hành hở, có nhiều nhánh rẽ từ trục chính và phụ tải nối dọc đường dây. 3. Phƣơng pháp nghiên cứu Từ lý thuyết về bảo vệ và tự động hóa các phần tử trong hệ thống điện ết hợp hiện trạng vận hành LĐPP. Xây dựng mô phỏng thực hiện nguyên tắc phối hợp thời gian giữa các thiết bị trong tự động hóa bằng lập trình Visual Studio 2005 và tính toán bằng phần mềm PSS/ADEPT để so sánh phương án tối ưu hi thực hiện TĐH. 4. Bố cục đề tài Chương 1: Tổng quan về tự động hóa LĐPP Chương 2: Nghiên cứu hệ thống tự động hóa LĐPP và các nguyên tắc phối hợp phân đoạn tự động Chương 3: K thuật truyền thông tin trong tự động LĐPP và việc áp dụng công nghệ DAS. Chương 4: Mô phỏng và tính toán phương án tối ưu tự động hóa để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TỰ ĐỘNG HÓA LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 1.1 ĐẶC ĐIỂM VỀ TỰ ĐỘNG HÓA LĐPP CÔNG TY CỔ PHẦN ĐIỆN LỰC KHÁNH HÕA Lưới điện phân phối (LĐPP) tỉnh Khánh Hòa do Công ty Cổ phần Điện lực Khánh Hòa quản lý bao gồm 8 Điện lực trực thuộc: Trung Tâm; Vĩnh Nguyên, Vĩnh Hải, Vạn Ninh, Ninh Hòa, Diên Khánh, Cam Lâm, Cam Ranh. Khối lượng LĐPP 8 Điện lực quản lý vận hành thuộc Công ty Cổ phần Điện lực Khánh Hòa đến 31/12/2012 [5]. 4 Bảng 1.1. STT 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Khối lượng đường dây lưới điện phân phối Đường dây ( m) Tổng 35kV 22kV 15kV Điện lực Trung Tâm Vĩnh Nguyên Vĩnh Hải Vạn Ninh Ninh Hòa Diên Khánh Cam Lâm Cam Ranh Tổng cộng 14,551 7,576 24,492 / 37,548 12,274 3,313 15,064 114,818 Bảng 1.2. 102,254 89,445 71,832 / 407,927 122,217 269,956 182,397 1.246,028 / / 6,732 187,685 / 186,092 / 156,562 537,071 116,805 97,021 103,056 187,685 445,475 320,583 273,269 354,023 1.897,917 Khối lượng trạm biến áp phụ tải Trạm biến áp TT Điện lực 35kV 22kV Tổng 15kV 35/0,4 22/0,4 22/0,2 15/0,4 15/0,2 1. Trung Tâm 14 461 12 / / 487 2. Vĩnh Nguyên 4 281 23 / / 308 3. Vĩnh Hải 25 221 / 19 4. Vạn Ninh / / / 167 5. Ninh Hòa 1 308 231 6. Diên Khánh 1 190 79 7. Cam Lâm 1 237 8. Cam Ranh 2 Toàn Công ty 48 265 117 284 / 540 83 110 463 97 / / 335 91 72 229 50 444 1.789 514 498 277 3.126 1.2 CÁC THIẾT BỊ CHÍNH TRONG TỰ ĐỘNG HÓA LĐPP 1.2.1. Máy cắt và Relay 1.2.2. Thiết bị đóng cắt tải 1.2.3. Máy cắt tự động đóng lại (recloser) [3] 1.2.4. Cầu chì tự rơi 1.2.5. Dao cách ly phân đoạn tự động 5 1.3 KẾT LUẬN CHƢƠNG 1 Việc tự động hóa LĐPP đóng một vai trò quan trọng nhằm đảm bảo hệ thống LĐPP vận hành an toàn, linh hoạt nâng cao tính cung cấp điện tin cậy cho hách hàng. Để thực hiện được điều đó thì cần triển hai một số giải pháp như sau: Phải trang bị các thiết bị thông minh có hả năng làm việc theo một chương trình định sẵn. Phải thay thế hoặc bổ sung các thiết bị đóng cắt phân đoạn trên lưới có hả năng giao tiếp với mạng SCADA qua các thiết bị đầu cuối từ xa RTU. Kết hợp đồng bộ các công nghệ DAS, SAS và SCADA để giải quyết triệt để và hai thác hiệu quả vấn đề tự động hóa LĐPP. CHƢƠNG 2 HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI VÀ CÁC NGUYÊN TẮC PHỐI HỢP PHÂN ĐOẠN TỰ ĐỘNG 2.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI Hệ thống tự động hóa LĐPP (DAS) là hệ thống tự động iểm soát chế độ làm việc của LĐPP nhằm phát hiện phần tử bị sự cố tách ra hỏi vận hành đồng thời phục hồi việc cấp điện cho phần tử hông bị sự cố đảm bảo cung cấp điện liên tục. DAS được áp dụng há phổ biến ở các nước phát triển, đặc biệt là Nhật và một số nước hác cho phép nâng cao cơ bản độ tin cậy cung cấp điện, giảm thiểu thời gian mất điện do sự cố ở mạng phân phối [6]. 2.1.1 Các giai đoạn thực hiện tự động hóa LĐPP Giai đoạn 1: Việc tự động hóa LĐPP được thực hiện bởi rơle phát hiện sự cố FDR (Fault Detecting Relay) và các dao cách ly phân đoạn tự động Sec (Sectionalizer) lắp đặt trên các phân đoạn xuất 6 tuyến LĐPP, ết hợp cùng chức năng tự đóng lặp lại (F79) được trang bị tại đầu máy cắt đầu xuất tuyến có thể là hình tia (một nguồn) hay mạch vòng (hai nguồn). Trong giai đoạn này, vùng bị sự cố được tự động cách ly bằng các thiết bị có sẵn trên đường dây LĐPP mà hông cần có thiết bị giám sát quản lý tại Trung tâm điều độ ADC (Area Distribution Center). Giai đoạn 2: Việc tự động hóa LĐPP èm theo các chức năng giám sát và điều hiển xa các dao cách ly phân đoạn tự động. Để thực hiện yêu cầu này, cần phải lắp đặt các thiết bị đầu cuối RTU (Remote Terminal Unit) và đường dây thông tin để tiếp nhận thông tin tại các vị trí lắp dao cách ly phân đoạn tự động ở các đường dây LĐPP. Dựa trên các thông tin thu được từ xa, nhân viên vận hành tại trung tâm điều độ sẽ điều hiển đóng cắt các cầu dao tự động để cách ly phần tử bị sự cố trên máy vi tính. Giai đoạn 3: Tại trung tâm điều độ ADC cần lắp đặt các máy tính có cấu hình mạnh (SuperComputer) để quản lý vận hành LĐPP hiển thị theo bản đồ địa lý và điều chỉnh tính toán tự động thao tác. Việc thực hiện xong 3 giai đoạn trên thì LĐPP hoàn toàn được giám sát và điều hiển từ xa. 7 Trạm phân phối chính FCB Giai đoạn 1 Tự động hóa LĐPP bằng thiết bị lắp trên cột SW SPS SW SPS FSI SPS SPS FDR FDR RTU RTU TCR Giai đoạn 2 Tự động hóa LĐPP bằng chức năng điều hiển và giám sát từ xa CRT CRT TCM CPU CD CRT CRT CPU Giai đoạn 3 Tự động hóa LĐPP bằng máy vi tính Hình 2.1 G-CRTS CD LP/PRN/HC Các giai đoạn triển khai DAS 2.1.2 Quy trình thực hiện tự động phục hồi hệ thống LĐPP Sự cố trên các xuất tuyến LĐPP Dò sự cố nhờ thông tin từ trạm (máy cắt/rơle) Dò sự cố Phục hồi phân đoạn bị sự cố ở phía nguồn Nguồn điện LĐPP được cung cấp tự động nhờ chức năng FDR Dò phân đoạn bị sự cố Tính toán quy trình đóng cắt Thao tác đóng cắt Nguồn điện của phân đoạn phía tải được tự động cung cấp từ 1 xuất tuyến hác tại điểm mạch vòng nhờ tính toán bằng máy vi tính trong đó có xem xét : Cân bằng công suất hệ thống điện; Duy trì điện áp phân phối Xác lập cấu hình tối ưu của lưới điện Hình 2.2 Quy trình tự động phục hồi hệ thống LĐPP 8 2.2 CÁC NGUYÊN TẮC PHỐI HỢP PHÂN ĐOẠN TRONG TỰ ĐỘNG HÓA LĐPP 2.2.1 Phối hợp giữa các thiết bị tự đóng lại phân đoạn a. Giới thiệu chung về hệ thống về tự động hóa mạch vòng Để thấy rõ điều này ta xét LĐPP gồm 2 nguồn cung cấp từ các TBA 1, 2 (Hình 2.3). CB1 LA AR LA AR LA AR LA AR FR1 MR1 MR2 FR2 CB2 LA AR TR TBA 1 TBA 2 Hình 2.3 Sơ đồ 2 nguồn cung cấp TĐH mạch vòng Trong đó: - Recloser đầu tiên tính từ máy cắt của các TBA nguồn được gọi là Feeder recloser (FR), thông thường ở trạng thái đóng. - Recloser liên lạc được gọi là Tie recloser (TR), được sử dụng như thiết bị phân đoạn tách hai xuất tuyến và thông thường ở trạng thái mở. - Các recloser phân đoạn nằm giữa Feeder recloser và Tie recloser được gọi là Middle recloser (MR). b. Nguyên lý hoạt động của recloser trong TĐH mạch vòng [3] Đối với các lưới điện mạch vòng hoặc được cấp điện từ nhiều nguồn việc sử dụng các recloser phân đoạn có thể thực hiện tự động hóa mạch vòng, cô lập phân đoạn sự cố và tái cấu trúc mạng điện theo các nguyên tắc sau [8]: - Nguyên tắc 1: Recloser sẽ hóa sau số lần đóng lặp lại