Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu giải pháp hạn chế dòng điện ngắn mạch và áp dụng cho lưới điện truyền tải Việt Nam giai đoạn 2015 - 2020

Chia sẻ: Sơ Dương | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:121

Thêm vào BST

Báo xấu

15
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài "Nghiên cứu giải pháp hạn chế dòng điện ngắn mạch và áp dụng cho lưới điện truyền tải Việt Nam giai đoạn 2015 - 2020" là đánh giá tình trạng dòng điện ngắn mạch trên lưới điện truyền tải của Việt Nam giai đoạn 2015-2020 (dựa trên tổng sơ đồ VII đã được Chính phủ phê duyệt), qua đó nghiên cứu các giải pháp có thể áp dụng để hạn chế trị số này trong giai đoạn nêu trên.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu giải pháp hạn chế dòng điện ngắn mạch và áp dụng cho lưới điện truyền tải Việt Nam giai đoạn 2015 - 2020

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI --------------------------------------- PHẠM VĂN CƢỜNG TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP HẠN CHẾ DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH VÀ ÁP DỤNG CHO LƢỚI ĐIỆN TRUYỀN TẢI VIỆT NAM GIAI ĐOẠN 2015 - 2020 Chuyên ngành : Kỹ thuật điện LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT ĐIỆN - HỆ THỐNG ĐIỆN NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC : T.S ĐINH QUANG HUY Hà nội - năm 2014.
MỤC LỤC MỤC LỤC .................................................................................................................. 2 1. CHƢƠNG I: MỞ ĐẦU ......................................................................................... 3 1.1 Lý do chọn đề tài và tính cấp thiết của đề tài ................................................. 3 1.2 Mục đích nghiên cứu của đề tài ...................................................................... 4 1.3 Đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu ...................................................................... 4 1.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ........................................................ 5 1.5 Tên đề tài ........................................................................................................5 1.6 Cấu trúc của luận văn .....................................................................................5 2. CHƢƠNG II: HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM VÀ VẤN ĐỀ DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH ............................................................................................................6 2.1 Hiện trạng HTĐ Việt Nam ............................................................................. 6 2.2 Quy hoạch phát triển HTĐ Việt Nam giai đoạn 2015-2020 ........................ 11 2.3 Những vấn đề đối với dòng ngắn mạch lƣới điện truyền tải Việt Nam .......15 3. CHƢƠNG III: CÁC GIẢI PHÁP HẠN CHẾ DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH ....24 3.1 Các vấn đề về dòng điện ngắn mạch ............................................................24 3.2 Cơ sở lý thuyết và phƣơng pháp nghiên cứu ................................................ 28 3.3 Các giải pháp đã đƣợc áp dụng và ƣu, nhƣợc điểm. .................................... 30 3.4 Một số giải pháp tiêu biểu đã đƣợc áp dụng trên thế giới. ........................... 52 3.5 Công cụ tính toán ..........................................................................................70 4. CHƢƠNG IV: GIẢI PHÁP HẠN CHẾ DÒNG NGẮN MẠCH TRÊN LƢỚI ĐIỆN TRUYỀN TẢI VIỆT NAM. ...........................................................................72 4.1 Đánh giá tính khả thi của các giải pháp đối với HTĐ Việt Nam ................. 72 4.2 Giải pháp thay đổi cấu hình lƣới điện ..........................................................76 4.3 Giải pháp lắp đặt kháng điện hạn chế dòng ngắn mạch ............................... 79 4.4 Tính toán dòng ngắn mạch đối với lƣới truyền tải điện Việt Nam giai đoạn 2015 -2020. .......................................................................................................... 91 4.5 Đề xuất giải pháp hạn chế dòng ngắn mạch ứng dụng cho lƣới điện truyền tải Việt Nam giai đoạn 2015 -2020 .................................................................... 94 5. CHƢƠNG V: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ..................................................... 96 5.1 Kết luận......................................................................................................... 96 5.2 Kiến nghị ......................................................................................................96 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 98 PHỤ LỤC................................................................................................................ 100 - 2/121 -
1. CHƢƠNG I: MỞ ĐẦU 1.1 Lý do chọn đề tài và tính cấp thiết của đề tài Với sự phát triển chung của nền kinh tế đất nƣớc, Điện lực là ngành công nghiệp hạ tầng đã đƣợc đầu tƣ khá đồng bộ về cả nguồn và lƣới điện nhằm đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế, xã hội. Sự phát triển mạnh mẽ của hệ thống điện Việt Nam trong những năm gần đây, đặc biệt là sau khi đƣa vào vận hành hệ thống đƣờng dây tải điện siêu cao áp 500kV Bắc Nam đã góp phần cải thiện đáng kể khả năng vận hành kinh tế của toàn hệ thống cũng nhƣ khai thác triệt để lợi thế về năng lƣợng sơ cấp giữa các vùng miền trong cả nƣớc. Tuy nhiên, cùng với sự phát triển của hệ thống điện quốc gia, vấn đề dòng điện ngắn mạch tăng cao đang là một vấn đề hết sức quan trọng đối với các nhà quản lý cũng nhƣ các đơn vị trực tiếp vận hành hệ thống điện. Cho đến nay, hầu hết các thiết bị trên lƣới điện chỉ có khả năng chịu đƣợc dòng điện ngắn mạch ở mức 40kA, thậm chí nhiều thiết bị chỉ có dòng cắt định mức 31.5kA trong khi ngay từ thời điểm cuối năm 2005, tính toán cho thấy trị số mức dòng ngắn mạch trên lƣới điện 220kV tại một số nơi thuộc khu vực miền Nam đã vƣợt quá trị số 40kA. Để hạn chế dòng điện ngắn mạch, từ tháng 10/2005, để hạn chế dòng ngắn mạch trên lƣới điện cấp 220kV ở pía Nam, Trung tâm Điều độ HTĐ Quốc gia đã phải thực hiện việc tách thanh cái 220kV tại các trạm 500/220kV nhƣ: Phú Mỹ, Phú Lâm và Hóc Môn. Thêm vào đó, Quy định đấu nối vào hệ thống điện quốc gia đƣợc Bộ Công nghiệp (nay là Bộ Công Thƣơng) ban hành ngày 16/10/2006 cũng quy định trị số dòng điện ngắn mạch lớn nhất trong hệ thống điện 500kV và 220kV là 40kA. Quy định đó đƣợc thể hiện qua bảng sau: - 3/121 -
Bảng 1-1: Dòng điện và thời gian loại trừ ngắn mạch (Theo Quy định đấu nối - BCT) Thời gian tối đa Dòng ngắn mạch Cấp điện áp loại trừ ngắn mạch bằng bảo lớn nhất (kA) vệ chính (ms) 500kV 40 80 220kV 40 100 110kV 31,5 150 Trung áp 25 500 Nhƣ vậy, để đảm bảo vận hành an toàn, ổn định và kinh tế hệ thống điện cần thiết phải có giải pháp xử lý cho vấn đề dòng điện ngắn mạch tăng cao trên hệ thống điện quốc gia trong cả giai đoạn trƣớc mắt cũng nhƣ lâu dài. Vì hệ thống điện luôn luôn thay đổi và phát triển nên dòng điện ngắn mạch tính toán đƣợc trong hệ thống điện cũng thƣờng xuyên thay đổi theo. Vì vậy cho đến hiện tại mặc dù đã có rất nhiều đề án nghiên cứu về dòng điện ngắn mạch trong hệ thống điện nhƣng cũng chƣa có một đề án nào đảm bào có thể áp dụng đƣợc một cách tổng thể về vấn đề dòng ngắn mạch cho hệ thống điện nói chung và lƣới điện truyền tải nói riêng. 1.2 Mục đích nghiên cứu của đề tài Mục đích nghiên cứu của đề tài này là đánh giá tình trạng dòng điện ngắn mạch trên lƣới điện truyền tải của Việt Nam giai đoạn 2015-2020 (dựa trên tổng sơ đồ VII đã đƣợc Chính phủ phê duyệt), qua đó nghiên cứu các giải pháp có thể áp dụng để hạn chế trị số này trong giai đoạn nêu trên. 1.3 Đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu Đối tƣợng nghiên cứu của đề tài là: Hệ thống lƣới điện truyền tải Việt Nam. Phạm vi nghiên cứu: Giai đoạn 2015-2020. - 4/121 -
1.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Đề tài nghiên cứu một cách tổng hợp các giải pháp có thể áp dụng để hạn chế dòng điện ngắn mạch xảy ra trong hệ thống điện, qua đó đánh giá khả năng ứng dụng và tính toán kiểm chứng đối với lƣới điện truyền tải Việt Nam. 1.5 Tên đề tài Tên đề tài là: Nghiên cứu giải pháp hạn chế dòng điện ngắn mạch và áp dụng cho lưới điện truyền tải Việt Nam giai đoạn 2015 – 2020. 1.6 Cấu trúc của luận văn Luận văn gồm có 5 chƣơng và phần phụ lục, đƣợc bố cục nhƣ sau: Chƣơng 1: Phần mở đầu. Chƣơng 2: Trình bày khái quát về hệ thống lƣới điện truyền tải Việt Nam và vấn đề dòng điện ngắn mạch trong hệ thống. Chƣơng 3: Các giải pháp hạn chế dòng điện ngắn mạch, cơ sở lý thuyết, một số biện pháp của các nƣớc trên thế giới và công cụ sử dụng để tính toán ngắn mạch. Chƣơng 4: Ứng dụng các giải pháp hạn chế dòng điện ngắn mạch và tính toán đối với lƣới điện truyền tải Việt Nam giai đoạn 2015 - 2020. Chƣơng 5: Kết luận và đƣa ra kiến nghị về khả năng áp dụng các giải pháp hạn chế dòng điện ngắn mạch đối với lƣới truyền tải điện Việt Nam giai đoạn 2015 – 2020. Phụ lục: Danh mục các công trình nguồn, lƣới giai đoạn 2015 -2020, kết quả tính toán dòng điện ngắn mạch. - 5/121 -
2. CHƢƠNG II: HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM VÀ VẤN ĐỀ DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH 2.1 Hiện trạng HTĐ Việt Nam 2.1.1 Sơ đồ lƣới điện truyền tải Việt Nam (cấp điện áp 500- 220kV) Hệ thống lƣới điện truyền tải điện Việt Nam gồm các cấp điện áp 500 – 220 và một phần lƣới có cấp điện áp 110kV (theo qui định tại Thông tƣ 12 – BCT/2012). Trong hơn 2 thập kỷ qua (1990 – 2012), cùng với sự tăng trƣởng của các ngành trong cả nƣớc thì ngành điện đã có những đầu tƣ rất lớn cho nguồn và lƣới điện. Về lƣới điện, nhiều công trình đƣờng dây và trạm đã liên tục đƣợc đƣa vào vận hành góp phần quan trọng trong việc đảm bảo cung cấp điện, cải thiện chất lƣợng điện áp, giảm tổn thất, chống quá tải và nâng cao độ ổn định vận hành của hệ thống. Qui mô của Hệ thống điện Việt Nam đƣợc thể hiện qua sơ đồ sau: Sơ đồ lƣới điện truyền tải hiện tại của HTĐViệt Nam: Xem tại Phụ lục 01 Lƣới điện truyền tải Việt Nam có các cấp điện áp 220kV – 500kV với khối lƣợng đƣờng dây và máy biến áp nhƣ sau: Bảng 2 – 1: Thống kê khối lƣợng đƣờng dây truyền tải 2012 (Tài liệu tham khảo [3]) Cấp điện áp 500 kV 220 kV 2001 1528 3606 2002 1528 4266 2003 1528 4671 2004 2023 4798 Đƣờng dây 2005 3265 5230 [km] 2006 3286 5650 2007 3286 6487 2008 3286 7101 2009 3438 8497 2010 3890 10015 - 6/121 -
2011 4132 10387 2012 4670 11450 Bảng 2 – 2: Thống kê khối lƣợng máy biến áp truyền tải 2012 (Tài liệu tham khảo [3]) Cấp điện áp Miền Bắc Miền Trung Miền Nam Tổng hệ thống 500 kV Số máy 13 8 11 32 Tổng MVA 6750 3750 5550 16050 220 kV Số máy 64 24 82 170 Tổng MVA 10009 3504 15166 28679 2.1.2 Nguồn điện Trong năm 2012, điện năng sản xuất và nhập khẩu toàn hệ thống điện Quốc Gia đạt 120,257 tỷ kWh (bao gồm cả sản lƣợng điện bán cho Campuchia), sản lƣợng điện tiêu thụ toàn quốc là 119,033 tỷ kWh, tăng 10,61 % so với năm 2011. Mức tăng trƣởng này là tƣơng đối thấp trong vòng 10 năm qua (tốc độ tăng trung bình từ năm 2001 đến 2011 là 13,22%). Cơ cấu nguồn điện (tính đến hết năm 2012) của HTĐ Việt Nam đƣợc thể hiện qua các số liệu sau: Sản lƣợng Loại nguồn Tỉ lệ (%) (GWh) Thuỷ điện 52795 43,90% Nhiệt điện than 2271 18,89% Nhiệt điện dầu (FO) 43 0,04% TBK chạy khí 41170 3,23% TBK chạy dầu 80 0,07% Nhiệt điện chạy khí 311 0,26% Nguồn khác 467 0,39% - 7/121 -
Nhập khẩu Trung Quốc 2676 2,22% Bảng 2 - 3. Sản lƣợng điện các loại nguồn năm 2012 * Ghi chú: - Nhiệt điện chạy khí: bao gồm các nhà máy Đạm Phú Mỹ, Vê Đan. - Nguồn khác:bao gồm Dung Quất, Điện gió Tuy Phong, Bourbon (Tài liệu tham khảo [3]) Tƣơng quan giữa tăng trƣởng nguồn và phụ tải trong giai đoạn 1997 – 2012 thể hiện ở hình sau: Hình 2 - 1: Tƣơng quan giữa tăng trƣởng nguồn và phụ tải cực đại. (Tài liệu tham khảo [3]) Tổng công suất đặt các nguồn điện tính đến tháng 12- 2012 là 26475 MW, và tỷ trọng công suất đặt các loại nguồn điện đƣợc thể hiện trong biểu đồ sau: - 8/121 -
Nhập khẩu Khác 4% 0.2% Tuabin khí 27% Thủy điện 47% Nhiệt điện dầu 2% Nhiệt điện than 18% Nhiệt điện chạy khí 2% Hình 2 - 2: Biểu đồ tỷ trọng công suất đặt nguồn điện năm 2012 (Tài liệu tham khảo [3]) Sản lƣợng điện phát và nhập khẩu của toàn hệ thống điện năm 2012 là 120257GWh (gồm cả sản lƣợng điện bán Campuchia). Tổng phụ tải của HTĐ Quốc Gia là 119033 GWh, tăng trƣởng so với năm 2011 là 10,61%. Trong đó, điện sản xuất của các NMĐ thuộc EVN là 71921 GWh, điện mua ngoài là 45661 GWh và điện mua Trung Quốc là 2676 GWh chi tiết tại bảng sau: Tổng sản lƣợng toàn hệ thống (gồm cả a 120.257 100% điện bán Campuchia) =(c+d+e) Tổng sản lƣợng sản xuất của EVN và b 119.033 98,98% mua ngoài (phụ tải HTĐ Việt Nam) =(a-g) Tổng sản lƣợng sản xuất của EVN (c) 71.921 59,81% Tổng sản lƣợng sản xuất của cac nhà (d) 4.661 37,97 máy ngoài ngành (tại đầu cực máy phát) Tổng sản lƣợng điện mua Trung Quốc (e) 2.676 2,2% Tổng sản lƣợng điện do hạn chế công (f) 0,0 0,00% - 9/121 -
suất (do cắt tải đỉnh, F81, thiếu nguồn, quá tải …) Tổng SL điện bán Campuchia (g) 1.224 1,02% Bảng 2 - 4: Sản lƣợng điện của HTĐ Việt Nam năm 2012 (Tài liệu tham khảo [3]) 2.1.3 Phụ Tải Tỷ trọng các thành phần phụ tải năm 2012 về cơ bản vẫn tƣơng tự nhƣ các năm trƣớc. Phụ tải chủ yếu vẫn tập trung ở 02 miền Nam và Bắc (chiếm >90%), còn phụ tải miền Trung chỉ chiếm một tỷ trọng nhỏ (8-10%). Phụ tải của các miền trong cả nƣớc qua các năm trong giai đoạn 1995 – 2012 đƣợc thể hiện qua bảng sau: Năm Quốc gia Bắc Trung Nam S.Lƣợng Tỷ lệ S.Lƣợng Tỷ lệ S.Lƣợng Tỷ lệ GWh GWh % GWh GWh Nam % 1995 14,638 6,481 44.3 1,212 8.3 6,953 47.4 1996 16,945 7,232 42.7 1,459 8.6 7,945 48.7 1997 19,153 8,210 42.9 1,706 8.9 9,080 48.2 1998 21,642 8,851 40.9 2,013 9.3 10,532 49.8 1999 23,737 9,507 40.1 2,253 9.5 11,759 50.5 2000 27,040 10,596 39.2 2,602 9.6 13,559 51.2 2001 31,137 12,084 38.8 3,042 9.8 15,794 51.4 2002 36,410 13,913 38.2 3,500 9.6 18,692 52.2 2003 41,275 15,811 38.3 3,977 9.6 21,261 52.1 2004 46,790 17,603 37.6 4,435 9.5 24,407 52.9 2005 53,647 20,074 37.4 4,979 9.3 27,946 53.3 2006 60,623 22,528 37.2 5,665 9.3 31,716 53.5 2007 69,071 25,570 37.0 6,410 9.3 36,053 53.7 2008 76,593 28,516 37.2 7,223 9.4 39,493 53.3 2009 86 667 33 275 38 4 8 377 97 44 039 51 9 2010 99,106 38,499 38.8 9,536 9.6 50,073 51.5 2011 107,587 42,554 39.6 10,433 9.7 53,665 50.7 2012 119,033 47,174 39.6 11,802 9.9 59,194 50.5 Bảng 2 – 5: Phụ tải của các miền trong cả nƣớc qua các năm trong giai đoạn 1995 – 2012. (Tài liệu tham khảo [4]) - 10/121 -
Với bảng thống kê ở trên ta có thể biểu diễn phụ tải quốc gia trong giai đoạn trên qua đồ thị sau: Hình 2 – 3: Biểu đồ phụ tải điện Việt Nam giai đoạn 1997 – 2012. 2.1.4 Đánh giá phụ tải HTĐ Việt Nam Qua các số liệu về phụ tải HTĐ quốc gia nhƣ trên ta có thấy bức tranh toàn cảnh của HTĐ Việt Nam là có sự phân bố phụ tải chủ yếu ở 02 miền Nam và Bắc của đất nƣớc. Trên cơ sở đó, việc phát triển nguồn điện để đáp ứng cho việc phát triển phụ tải một cách phù hợp thì mật độ nguồn điện phát cũng sẽ tập trung chủ yếu ở 02 miền trên. Với sự phân bố nguồn nhƣ vậy thì vấn đề dòng điện ngắn mạch cũng cần phải đƣợc xem xét một cách thấu đáo tại các điểm nút chính trên hệ thống lƣới điện truyền tải tại 02 miền đó. 2.2 Quy hoạch phát triển HTĐ Việt Nam giai đoạn 2015-2020 Ngày 21 tháng 07 năm 2011, Thủ tƣớng Chính phủ đã có Quyết định số 1028/QĐ-TTg phê duyệt Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011-2020 có xét đến năm 2030 (Tổng sơ đồ VII). - 11/121 -
2.2.1 Dự báo phụ tải Theo đánh giá của chính phủ thì mục tiêu phát triển kinh tế - xã hội của cả nƣớc ta với mức tăng GDP khoảng 8.5% - 9%/năm và cao hơn trong giai đoạn 2015-2020. Để phục vụ cho sự phát triển kinh tế - xã hội, dự báo nhu cầu điện năng toàn quốc sẽ tăng ở mức 13.5% (phƣơng án cơ sở) và 15-17% (phƣơng án cao) trong giai đoạn 2015-2020. 2.2.2 Nguồn điện Phát triển nguồn điện phải đáp ứng các nhu cầu phụ tải nêu trên, đảm bảo thực hiện tiến độ xây dựng các nhà máy thuỷ điện có lợi ích tổng hợp nhƣ: chống lũ, cấp nƣớc, sản xuất điện, phát triển hợp lý và có hiệu quả các nguồn nhiệt điện khí, đẩy mạnh xây dựng nhiệt điện than, phát triển thuỷ điện nhỏ, năng lƣợng mới và tái tạo cho các vùng sâu, vùng xa, miền núi, biên giới, hải đảo, chủ động trao đổi điện năng có hiệu quả với các nƣớc trong khu vực, đảm bảo an ninh năng lƣợng quốc gia và phát triển bền vững. Phát triển phù hợp các trung tâm điện lực ở các khu vực trong cả nƣớc nhằm đảm bảo tin cậy cung cấp điện tại chỗ và giảm tổn thất kỹ thuật trên hệ thống điện quốc gia cũng nhƣ đảm bảo tính kinh tế của các dự án, góp phần phát triển kinh tế - xã hội cho từng vùng và cả nƣớc. Phát triển nguồn điện mới phải tính toán với các phƣơng án đầu tƣ chiều sâu và đổi mới công nghệ các nhà máy đang vận hành, đáp ứng tiêu chuẩn môi trƣờng, sử dụng công nghệ hiện đại đối với các nhà máy điện mới. Phát triển các nguồn điện theo các hình thức đã đƣợc nhà nƣớc quy định, Bộ Công Thƣơng xác định tỷ lệ hợp lý các dự án áp dụng hình thức đầu tƣ BOT, BOO. Bảng 2 – 6: Công suất các nguồn điện mới giai đoạn 2015 – 2020(MW) (Tài liệu tham khảo [2]) - 12/121 -
Năm Bắc Trung Nam Quốc gia 2015 1050 946 1590 3586 2016 3868 283 600 4751 2017 1495 54 600 2149 2018 1870 192 3000 5062 2019 2550 1280 6495 10325 2020 1800 3810 2938 8548 Tổng 12633 6565 15223 34421 Danh mục chi tiết các dự án nguồn điện giai đoạn 2015-2020 cho phƣơng án cơ sở đƣợc liệt kê trong các phụ lục 06 đến phụ lục 11. 2.2.3 Lƣới điện Đồng thời với việc đầu tƣ phát triển nguồn điện thì tổng sơ đồ VII cũng đã định hƣớng một cách rõ ràng việc phát triển hệ thống lƣới điện truyền tải để đảm bảo cho một hệ thống điện vận hành an toàn, liên tục và hiệu quả. Với phƣơng án cơ sở thì trong giai đoạn từ năm 2015 – 2020, hệ thống lƣới truyền tải sẽ đƣợc bổ sung một loạt những trạm biến áp 500kV nhƣ: Sóc Sơn, Hiệp Hòa, Nha Trang, Sông Mây... và các đƣờng dây 500kV, 220kV nhƣ:Bắc Ninh – Việt Trì, Ninh Thuận – Vĩnh Tân...... Lƣới điện truyền tải Việt Nam có các cấp điện áp 220kV – 500kV đƣợc đƣa vào vận hành theo tổng sơ đồ VII với khối lƣợng đƣờng dây và trạm biến áp nhƣ sau: Bảng 2-7 Thống kê khối lƣợng máy biến áp truyền tải cấp 500kV đƣa vào giai đoạn 2015 - 2020 (Tài liệu tham khảo [2]) Số MBA Tổng dung lƣợng (MVA) Quốc Gia 31 26750 Miền Bắc 14 13100 - 13/121 -
Miền Trung 4 2400 Miền Nam 13 11250 Chi tiết đƣợc thể hiện tại Phụ lục 02. Bảng 2-8 Thống kê khối lƣợng máy biến áp truyền tải cấp 220kV đƣa vào giai đoạn 2015 – 2020 (Tài liệu tham khảo [2]) Số MBA Tổng dung lƣợng (MVA) Quốc Gia 176 39063 Miền Bắc 81 18063 Miền Trung 20 3750 Miền Nam 75 17250 Chi tiết đƣợc thể hiện tai Phụ lục.04. Bảng 2-9 Thống kê khối lƣợng đƣờng dây truyền tải cấp 500kV đƣa vào giai đoạn 2015 - 2020 (Tài liệu tham khảo [2]) Số mạch Tổng chiều dài (km) Quốc Gia 80 4539 Miền Bắc 38 2015 Miền Trung 14 630 Miền Nam 28 1894 Chi tiết đƣợc thể hiện tại Phụ lục 03. Bảng 2-10 Thống kê khối lƣợng đƣờng dây truyền tải cấp 220kV đƣa vào giai đoạn 2015 – 2020. (Tài liệu tham khảo [2]) Số mạch Tổng chiều dài (km) Quốc Gia 267 5305 Miền Bắc 86 1584 Miền Trung 43 1546 Miền Nam 138 2175 Chi tiết đƣợc thể hiện tại Phụ lục 05. - 14/121 -
2.3 Những vấn đề đối với dòng ngắn mạch lƣới điện truyền tải Việt Nam 2.3.1 Xu thế tăng cao của dòng ngắn mạch trên HTĐ Việt Nam Từ thời điểm 1994 về trở về trƣớc, hệ thống điện tại Việt Nam bao gồm 3 khu vực vận hành độc lập tại 3 miền Bắc, Trung, Nam với tổng công suất hệ thống chỉ khoảng 2000MW. Trong thời kỳ này, dòng điện ngắn mạch trên hệ thống trong tất cả các chế độ vận hành đều đảm bảo không vƣợt quá dòng cắt ngắn mạch định mức của thiết bị. Để đáp ứng nhu cầu năng lƣợng cho phát triển kinh tế xã hội cả nƣớc, đƣờng dây siêu cao áp 500kV Bắc – Nam đƣợc đầu tƣ xây dựng từ năm 1992 và đóng điện vận hành tháng 05/1994, chấm dứt thời kỳ vận hành riêng rẽ các hệ thống điện miền, khởi đầu cho việc hình thành và phát triển một hệ thống điện quốc gia duy nhất. Ngay từ khi mới đi vào vận hành, đƣờng dây 500kV đã lập tức phát huy hiệu quả tích cực. Trong những năm 1994 -1997, đƣờng dây đã truyền tải một lƣợng lớn công suất và điện năng để cung cấp cho nhu cầu phát triển kinh tế xã hội tại miền Nam và miền Trung, chấm dứt tình trạng cắt điện triền miên trƣớc đó tại các khu vực này và nâng cao đáng kể độ tin cậy cũng nhƣ chất lƣợng cung cấp điện. Hệ thống truyền tải siêu cao áp Bắc – Nam đóng vai trò vô cùng quan trọng trong việc đảm bảo an toàn cung cấp điện và vận hành kinh tế hệ thống điện thông qua việc phối hợp khai thác tối ƣu các nhà máy thuỷ điện, nhiệt điện trên toàn quốc. Trong giai đoạn 1994-2012, công suất cực đại hệ thống điện quốc gia tăng từ 2483MW lên 18603MW (~ 7,5 lần), công suất đặt các nhà máy điện tăng từ 3880MW lên 26475 MW (~ 7 lần). Trong giai đoạn từ 1994-2008 thì thành phần các nhà máy điện mới tham gia vào HTĐ chiếm đa số là loại hình tuabin khí (chiếm khoảng 55%), phần còn lại bao gồm thuỷ điện, nhiệt điện than, dầu. Do đặc điểm về nguồn nhiên liệu, tất cả các nhà máy điện tuabin khí đều - 15/121 -
đƣợc xây dựng tại miền Nam với tổng công suất xấp xỉ 6000MW, trong đó chỉ riêng tại cụm Phú Mỹ, Bà Rịa đã có công suất đặt trên 4000MW. Tính đến thời điểm cuối năm 2012, tỷ trọng công suất nguồn điện phân bố trên 3 miền Bắc, Trung, Nam lần lƣợt là 39,6%, 9,9% và 50,5%. Để để dàng theo dõi, ta có thể thông qua bảng thống kê sau: Bảng 2-11.Công suất các nhà máy điện giai đoạn 1994 – 2012 (Tài liệu tham khảo [4]) Sản Số Năm Pđặt Pmax Lƣợng NMĐ (MW) (MW) (tr.kWh) 1994 3880 2483 12284 11 1995 4461 2796 14638 14 1996 4910 3016 16945 15 1997 4910 3393 19153 17 1998 5285 3667 21642 17 1999 5726 4102 23737 17 2000 6233 4518 27040 19 2001 7871 5251 31137 22 2002 8884 6071 36410 22 2003 9727 6695 41275 23 2004 10626 8283 46790 30 2005 11576 9255 53647 30 2006 12270 10187 61533 31 2007 13512 11286 68699 38 2008 15763 12636 75955 41 2009 17521 13867 87019 57 2010 20542 15416 100071 66 2011 23527 16490 108725 71 2012 26475 18603 120257 81 Việc chỉ chú trọng phát triển nguồn điện để đáp ứng cho nhu cầu phụ tải tăng trƣởng với tốc độ cao mà không có các biện pháp hạn chế dòng điện ngắn mạch kèm theo một cách đồng bộ sẽ dẫn tới hậu quả là dòng điện ngắn mạch tăng cao. - 16/121 -
Theo qui định đấu nối thì dòng điện cắt ngắn mạch tối đa của hầu hết các thiết bị cắt trên hệ thống điện Việt Nam là 40kA. Tuy nhiên theo kết quả tính toán thu đƣợc trong thời gian vừa qua thì dòng ngắn mạch cao nhất có thể đạt mức 39kA tại một vài vị trí (nhƣ thanh cái 220kV Phú Mỹ, Phú Lâm..). Để đảm bảo an toàn vận hành các thiết bị trên lƣới điện, ngành điện mà cụ thể là Trung tâm Điều độ HTĐ Quốc gia đã buộc phải tính toán để thay đổi kết lƣới bằng cách tách thanh cái 220kV (mở MC liên lạc giữa 2 thanh cái) tại một số nơi nhƣ: trạm biến áp 500/220kV Phú Mỹ, Phú Lâm, Hóc Môn nhằm hạn chế trị số dòng điện ngắn mạch khi xảy ra sự cố. Giải pháp này tuy hạn chế đƣợc giá trị dòng điện ngắn mạch xuống dƣới mức 40kA nhƣng lại có những hạn chế đi kèm, đó là tăng tổn thất công suất, tổn thất điện năng hệ thống điện, làm giảm độ linh hoạt và tin cậy cung cấp điện cho phụ tải trong khi điều kiện về chất lƣợng điện năng là một yếu tố ngày càng đƣợc chú trọng để cải thiện tốt hơn. 2.3.2 Dòng điện ngắn mạch trên lƣới điện 500kV Thời điểm tính toán với cấu hình lƣới: 9/2013. Phạm vi tính toán: Các nút (thanh cái) 500kV của các trạm biến áp 500/220kV. Kết quả tính toán dòng điện ngắn mạch tại các nút 500kV nhƣ sau: Bảng 2-12 Dòng ngắn mạch trên lƣới điện 500kV Dòng ngắn mạch (kA) Thanh cái 3 pha 1 pha Thƣờng Tín 9.04 9.07 Quảng Ninh 11.37 9.77 Hoà Bình 8.64 9.04 Sơn La 12.43 12.65 Nho Quan 10.38 9.95 - 17/121 -
Hiệp Hòa 6.45 5.94 Hà Tĩnh 9.09 7.35 Đà Nẵng 11.08 10.07 Dốc Sỏi 11.16 9.03 Plêiku 15.33 14.38 Ialy 14.05 13.63 Đăk Nông 11.35 10.52 Di Linh 15.17 10.04 Tân Định 16.12 14.26 Phú Lâm 19.62 19.38 Nhà Bè 20.28 20.96 Phú Mỹ 2.2 18.89 20.21 Phú Mỹ 3 18.70 19.92 Phú Mỹ 4 18.91 20.23 Sông Mây 7.81 9.22 Phú Mỹ 19.06 20.49 Ô Môn 6.98 5.97 Qua bảng số liệu trên,chúng ta thấy dòng điện ngắn mạch lớn trên lƣới điện 500kV tập trung chủ yếu ở khu vực Phú Mỹ, Nhà Bè, Phú Lâm ( Inm = 18,7kA – 20,23kA) do đây là khu vực có mật độ nguồn điện tập trung cao. Tuy nhiên ta thấy các giá trị dòng ngắn mạch nhỏ nhất vào khoảng 6kA – 10kA, lớn nhất khoảng 20kA, nhƣ thế còn thấp hơn nhiều so với dòng cắt định mức của máy cắt cũng nhƣ quy định của “Quy định đấu nối” do Bộ Công nghiệp (nay là Bộ Công Thƣơng ban hành) là 40kA. 2.3.3 Dòng điện ngắn mạch trên lƣới điện 220kV Thời điểm tính toán với cấu hình lƣới: 9/2013. - 18/121 -
Phạm vi tính toán: Các nút (thanh cái) 220kV của các trạm biến áp 220/110kV. Kết quả tính toán dòng điện ngắn mạch cho lƣới điện 220kV năm 2012 xem phụ lục.... Các tính toán đƣợc thực hiện với cấu hình tách thanh cái tại các trạm biến áp Phú Mỹ, Phú Lâm, Nhà Bè để hạn chế dòng điện ngắn mạch, cụ thể nhƣ sau: - Tách thanh cái 220kV và 110kV Phú Lâm tại các máy cắt: 200A, 100A. - Tách thanh cái 220kV Phú Mỹ tại các máy cắt: 200A, 200B. - Tách thanh cái 220kV Nhà Bè tại máy cắt: 212 Một số nút có dòng điện ngắn mạch lớn (sau khi đã tách thanh cái): Bảng 2-13: Các trạm biến áp 220kV có dòng ngắn mạch lớn Inm (kA) Icắt đm_Máy Trạm biến áp 3 pha 1 pha cắt (kA) Hoà Bình 26.3 33.8 40 Phả Lại 25.8 27.1 31.5 Thƣờng Tín 20.5 23.2 40 Vật Cách 18.2 17.8 40 Tràng Bạch 20.5 20.5 40 Đà Nẵng 12.8 15.4 40 Plêiku 12.2 13.9 40 Nhà Bè 34.93 39.68 40 Nam Sài Gòn 34.09 36.02 40 Hóc Môn 33.03 30.10 31.5 Phú Lâm_C21 29.43 30.12 31.5 Phú Lâm_C22 29.11 30.02 31.5 Long Bình 28.91 23.64 31.5/40 Phú Mỹ C22-25 29.25 35.31 40 - 19/121 -
Phú Mỹ C21-24 32.46 33.70 40 Nhận xét: Hệ thống điện miền Trung có dòng ngắn mạch trên lƣới điện 220kV nhỏ, giá trị này ở hầu hết các trạm biến áp nhỏ hơn 10kA, chỉ có 2 trạm có dòng ngắn mạch lớn hơn 10kA là Đà Nẵng và Plêiku (~ 12-13kA). Điều này phản ánh thực tế hệ thống điện miền Trung là một hệ thống nhỏ với đầu mối cấp điện chính là các trạm biến áp 500kV Đà Nẵng và Plêiku. Nguồn điện có công suất lớn nhất trên địa bàn là Nhà máy thủy điện Ialy không phát trực tiếp vào lƣới điện miền Trung mà phát thẳng lên hệ thống 500kV. Các nhà máy điện còn lại (Sê San 3, Sê San 3A, Vĩnh Sơn, Sông Hinh, Quảng Trị) đều là có quy mô vừa và nhỏ nên mức độ ảnh hƣởng đến dòng điện ngắn mạch không nhiều. Dòng điện ngắn mạch tại các nút 220kV trên hệ thống điện miền Bắc nhìn chung có trị số cao hơn so với hệ thống điện miền Trung. Ngoại trừ một số nút xa nguồn có dòng ngắn mạch nhỏ (Nghi Sơn ~ 3kA, Vinh ~ 5kA, Thanh Hoá ~ 6.5kA, Thái Bình ~ 8kA, Nam Định ~ 9kA,...), dòng ngắn mạch hầu hết nằm trong khoảng 10-20kA. Các nút có trị số dòng ngắn mạch lớn hơn 20kA là Tràng Bạch (20.5kA), Thƣờng Tín (20.5kA), Hà Đông (20.9kA), Phả Lại (25.8kA), Hoà Bình (26.3kA). Đây đều là các nút nguồn lớn của hệ thống điện miền Bắc (Thuỷ điện Hoà Bình, Nhiệt điện Phả Lại, Uông Bí, trạm biến áp 500kV Thƣờng Tín). So với tiêu chuẩn cho phép về giá trị dòng ngắn mạch của “Quy định đấu nối” (40kA) thì có thể nói chỉ tiêu này đối với hệ thống điện miền Bắc vẫn nằm trong giới hạn an toàn. Hệ thống điện miền Nam là khu vực có dòng ngắn mạch lớn nhất trên toàn hệ thống điện quốc gia. Ngoại trừ các nút ở miền Tây Nam bộ và phía Bắc của Đông Nam bộ (khu vực có ít nguồn điện) có dòng ngắn mạch thấp (