Ứng dụng của Bộ Điều Chỉnh Điện Áp Tự Động Hai Chiều trong Mạng Phân phối Núi

1. Tổng quan

Mạng lưới phân phối ở vùng núi được trang bị nhiều nhà máy thủy điện nhỏ, phần lớn là các nhà máy dòng chảy không có khả năng điều tiết. Các nhà máy này được kết nối với cùng một đường dây với tải điện, gây ra một số tác động tiêu cực đến hoạt động của lưới điện. Vấn đề nổi bật nhất trong số đó là vấn đề chất lượng điện áp. Trong mùa mưa, các nhà máy thủy điện nhỏ phát điện vào lưới, và việc không đạt được cân bằng điện địa phương dẫn đến tăng điện áp trên đường dây. 

Trong mùa khô, do chiều dài đường dây dài, đường kính dây nhỏ và tải thấp, điện áp tại điểm cuối người dùng của đường dây rất thấp. Do phát điện và cung cấp điện được tích hợp trên cùng một đường dây, hướng dòng điện trên đường dây thay đổi, dẫn đến điện áp rất không ổn định. Việc lắp đặt bộ điều chỉnh điện áp tự động hai chiều trên các đường dây phân phối dài có thể giải quyết vấn đề chất lượng điện áp. Tập trung vào vấn đề chất lượng điện áp của đường dây phân phối vùng núi có nhà máy thủy điện nhỏ, bài viết này lấy Đường dây Bibei của một Cục Cung cấp Điện làm ví dụ và đề xuất giải pháp mới cho bộ điều chỉnh điện áp tự động hai chiều.

1.1 Thông tin cơ bản về Đường dây 10kV Bibei

Là đại diện điển hình cho các đường dây mạng lưới phân phối vùng núi, thông tin cơ bản về Đường dây 10kV Bibei được hiển thị trong Bảng 1 dưới đây. 

Thống kê về chỉ số tỷ lệ điện áp đạt chuẩn của 39 biến áp phân phối trong khu vực cung cấp điện cho thấy tỷ lệ cao nhất là 99,8%, thấp nhất là 54,4% và chỉ có 6 biến áp phân phối đáp ứng yêu cầu tiêu chuẩn về tỷ lệ điện áp đạt chuẩn, chiếm 15,3%. Giá trị điện áp ghi nhận được cao nhất là 337V, vượt quá giá trị cho phép 43%. Vấn đề về điện áp nổi bật, với sự xảy ra thường xuyên của hỏng hóc thiết bị điện của người dùng và nhiều khiếu nại về điện áp.

1.2 Phân tích các bất thường về điện áp

Các nguyên nhân chính dẫn đến vấn đề chất lượng điện áp trên đường dây Bibei như sau:

(1) Mâu thuẫn giữa mùa mưa và mùa khô nổi bật. Chế độ vận hành của các đơn vị thủy điện dòng chảy liên quan chặt chẽ đến lưu lượng nước. Do công suất lắp đặt của các nhà máy thủy điện nhỏ lớn hơn nhiều so với tải năng, một lượng lớn năng lượng điện dư thừa được truyền vào lưới điện trong mùa mưa. Trong mùa khô, tải năng cung cấp điện địa phương chủ yếu dựa vào bổ sung từ lưới điện, dẫn đến sự thay đổi đáng kể chế độ vận hành giữa mùa mưa và mùa khô, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng điện và khiến mức điện áp trong khu vực khó đạt được mức hợp chuẩn.

(2) Thiếu điều độ và giám sát hiệu quả cho các nhà máy thủy điện nhỏ. Do công suất đơn vị nhỏ, số lượng lớn, phân bố rộng, quyền sở hữu đa dạng, và tác động theo mùa đáng kể đối với việc vận hành của các nhà máy thủy điện nhỏ, việc thực hiện giám sát và kiểm soát thống nhất rất khó khăn. Do đó, các điều chỉnh cục bộ cho từng khu vực biến áp có tác dụng không đáng kể trong việc cải thiện chất lượng điện áp.

(3) Khó khăn trong vận hành và điều chỉnh biến áp. Hướng dòng điện trên đường dây thay đổi thường xuyên. Trong mùa mưa, điện được phát ra vào lưới điện, và các biến áp phân phối được vận hành với đầu nối thay đổi để giảm điện áp, đảm bảo rằng điện áp ở phía người dùng không làm cháy thiết bị điện do mức quá cao. Trong mùa khô, điện được hấp thụ từ lưới điện, và các biến áp phân phối được vận hành với đầu nối thay đổi để tăng điện áp, đảm bảo rằng điện áp ở phía người dùng có thể sử dụng bình thường mà không quá thấp. Do đó, yêu cầu về vận hành giảm và tăng điện áp của biến áp thay đổi thường xuyên, khiến việc điều chỉnh vận hành khó khăn trong việc phối hợp với sự thay đổi dòng điện.

(4) Biến áp chính của nguồn điện cấp trên sử dụng thay đổi đầu nối không tải với số lượng đầu nối ít và phạm vi điều chỉnh hạn chế.

2. Áp dụng biến áp điều chỉnh điện áp hai chiều

2.1 Lựa chọn giải pháp

Bằng cách nghiên cứu đặc điểm hoạt động của mạng phân phối miền núi với số lượng lớn các nhà máy thủy điện nhỏ và phân tích tính phù hợp của các phương pháp điều chỉnh điện áp hiện có, bài viết này lựa chọn giải pháp điều chỉnh điện áp tự động hai chiều với khả năng vận hành mạnh mẽ và tính thực tiễn tốt.

2.2 Nguyên lý và Hiệu quả của Biến áp Điều chỉnh Điện áp Đôi Chiều

2.2.1 Nguyên lý Hoạt động của Bộ Điều chỉnh Điện áp Tự động Đường Dây Đôi Chiều

Bộ điều chỉnh điện áp tự động đường dây đôi chiều chủ yếu bao gồm bốn phần: biến áp điều chỉnh điện áp tự động ba pha, bộ chuyển đấu tải ba pha, bộ điều khiển, và mô-đun nhận dạng dòng chảy điện. Mô-đun nhận dạng dòng chảy điện phát hiện hướng dòng điện để xác định hướng dòng chảy điện trên đường dây và gửi tín hiệu này đến bộ điều khiển. Bộ điều khiển đưa ra quyết định tăng hay giảm điện áp dựa trên tín hiệu điện áp và dòng điện, sau đó điều khiển hoạt động của mô-tơ bên trong bộ chuyển đấu tải để điều khiển bộ chuyển đấu tải chuyển đổi vị trí đấu. Điều này thay đổi tỷ số vòng quấn của biến áp để đạt được điều chỉnh điện áp tự động dưới tải. Bộ chuyển đấu tải ba pha điều chỉnh tỷ số vòng quấn của biến áp để thay đổi điện áp đầu ra của nó.

2.2.2 Phân tích Hiệu ứng Lý thuyết

Mùa khô: Sự thay đổi điện áp đường dây trước và sau khi cài đặt BSVR được thể hiện trong Hình 1.

Trong mùa khô, sau khi cài đặt bộ điều chỉnh điện áp đôi chiều BSVR, điện áp ở cuối đường dây chính và trên mỗi nhánh đường dây được tăng lên. Điều này giải quyết vấn đề điện áp đường dây không đạt tiêu chuẩn và đảm bảo chất lượng sử dụng điện cho người dùng trên đường dây trong mùa khô.

Mùa mưa: Điện áp tại các điểm khác nhau của đường dây trước và sau khi cài đặt BSVR trong mùa mưa được thể hiện trong Hình 2.

Trong mùa mưa, việc cài đặt bộ điều chỉnh điện áp đôi chiều BSVR cải thiện điện áp ở cuối đường dây chính và trên mỗi nhánh đường dây. Nó không chỉ đảm bảo truyền tải điện bình thường từ các nhà máy thủy điện nhỏ vào lưới điện mà còn đảm bảo chất lượng sử dụng điện cho người dùng ở giữa và cuối đường dây.

2.3 Hiệu quả Ứng dụng

Dựa trên điều kiện thực tế của đường dây, bộ điều chỉnh điện áp đôi chiều được cài đặt tại cột 63 của đường dây chính với công suất 3000kVA. Cân nhắc toàn diện điều kiện thực tế của cả mùa khô và mùa mưa, phạm vi điều chỉnh của bộ điều chỉnh được chọn là -15% đến +15%.

Chất lượng điện áp của đường dây này đã được cải thiện đáng kể. Nó không chỉ hạ thấp ngưỡng điện áp cho các nhà máy thủy điện nhỏ truyền tải điện vào lưới chính (vì vậy các nhà máy thủy điện không cần phải nâng cao điện áp quá mức) mà còn tăng điện áp ở đoạn bắt đầu của đường dây thông qua bộ điều chỉnh. Điều này đảm bảo rằng các nhà máy thủy điện có thể cấp điện vào lưới, đồng thời tăng tỷ lệ điện áp đạt tiêu chuẩn cho khách hàng trên đường dây và đảm bảo vận hành an toàn và ổn định của lưới điện.

3. Kết luận

Khi thiết bị điều chỉnh điện áp tự động đôi chiều được áp dụng cho các đường dây được cung cấp bởi các nhà máy thủy điện nhỏ, cả tính toán lý thuyết và ứng dụng thực tế đều cho thấy việc cài đặt bộ điều chỉnh điện áp tự động đường dây đôi chiều có thể cải thiện đáng kể chất lượng điện áp, giải quyết toàn diện xung đột điều chỉnh điện áp giữa mùa mưa và mùa khô.