Lựa chọn nhanh tiết diện dây dẫn trong lưới điện phân phối theo phương pháp khoảng chia kinh tế

Hà Thanh Tùng và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 88(12): 197 - 202 LỰA CHỌN NHANH TIẾT DIỆN DÂY DẪN TRONG LƢỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI THEO PHƢƠNG PHÁP KHOẢNG CHIA KINH TẾ Hà Thanh Tùng1,* , Phạm Thị Hồng Anh2 Trường ĐH Kỹ thuật Công nghiệp1 - ĐH Thái Nguyên Trường ĐH Công nghệ thông tin & Truyền thông - ĐH Thái Nguyên TÓM TẮT Lựa chọn tiết diện dây dẫn theo điều kiện kinh tế có tính chất không nhỏ trong việc nâng cao hiệu quả kinh tế lưới điện, đặc biệt trong điều kiện kinh tế thị trường như hiện nay. Phương pháp khoảng chia kinh tế cho phép người làm quy hoạch lựa chọn nhanh tiết diện dây dẫn theo tính chất khu vực căn cứ vào bảng biểu và đồ thị minh họa được lập sẵn mà không cần tính toán lại nữa. Từ khóa: khoảng chia kinh tế, tiết diện dây dẫn, lưới phân phối ĐẶT VẤN ĐỀ* Chi phí vòng đời:[1] chi phí vòng đời của đường dây điện bao gồm chi phí vốn ban đầu Phụ tải phát triển liên tục theo không gian và để xây dựng đường dây và chi phí hàng năm thời gian vì vậy, phải thực hiện cải tạo lưới cho đường dây điện hoạt động và để bảo điện để nâng cao khả năng tải và hiệu quả dưỡng, ngoài ra doanh nghiệp điện phải chi kinh tế. Sự phát triển không ngừng của phụ trả cho tổn thất điện năng và tổn thất công tải ngày càng đỏi hỏi cao về chất lượng năng suất trên đường dây điện, cho độ tin cậy cung lượng và độ tin cậy cung cấp điện. Do đó, cấp điện, chi phí hàng năm được thực hiện ngay từ khâu thiết kế quy hoạch lưới điện trong suốt vòng đời n năm của đường dây phân phối cần phải đặc biệt quan tâm một điện, từ lúc bắt đầu đưa vào vận hành cho đến cách triệt để phương pháp phân tích kinh tế, khi đường dây điện ngừng họat động: lựa chọn tiết diện dây dẫn sao cho phương án hợp lý và tối ưu nhất về mặt kinh tế - kỹ n CPvd  Vo   (HBt  c At .At  cPt .Pt  thuật, thích hợp với nền kinh tế thị trường. t1 (1) [1], [2].  cmd .Amd ) Chọn tiết diện dây dẫn là bài toán cơ bản Trong đó: V0- vốn đầu tư ban đầu để xây trong quy hoạch lưới điện. So với các phương dựng đường dây, (đồng); HBt - Chi phí cho pháp tính toán lựa chọn tiết diện dây dẫn khác hoạt động và bảo dưỡng, (đồng); HBt = [1], [2], phương pháp khoảng chia kinh tế dây ahb.V0; cAt.ΔAt - chi phí do tổn thất điện năng; dẫn sử dụng dữ liệu đặc trưng của khu vực và cPt.ΔPt - chi phí cho tổn thất công suất; cmd. phụ tải, cho phép lập sẵn các biểu bảng lựa Amd là chi phí cho điện năng không được cấp chọn nhanh tiết diện dây dẫn tương ứng với cho phụ tải. Chi phí vòng đời theo (1) là chi các cấp điện áp cần tính toán, thiết kế. phí thực ban đầu và hàng năm cho đường dây Cơ sở lý thuyết về phƣơng pháp khoảng điện. Tuy nhiên để tính toán kinh tế đường chia kinh tế dây điện như là tính mật độ dòng điện kinh tế Phụ tải phát triển liên tục, do đó khi tính toán ta cần quy đổi về chi phí vòng đời hiện tại. (2) lựa chọn dây dẫn, người làm thiết kế cần phải n 1 quan tâm đến vòng đời của đường dây trong CP  V    (HB c .A c .P c .A ). vdo o t At t Pt t md md n quá trình vận hành. t1 (1r) 1 : Là hệ số hiện tại hóa (1 r)t * Tel: 0913.789.858, Email: Trong đó: r -Hệ số chiết khấu =8%..12%, đó tunganh@tnut.edu.vn là lợi nhuận đầu tư trung bình trong kinh Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 197 Hà Thanh Tùng và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 88(12): 197 - 202 doanh; t - thời đoạn tính toán, [năm]. ứng với mỗi cỡ dây tiêu chuẩn. Thành phần Nếu vốn ban đầu được thực hiện nhiều năm thứ hai là phí về tổn thất điện năng, phụ thuộc trước năm không thì cũng được quy đổi về vào bình phương của dòng điện nên đường năm không (gọi là tương lai hoá) bằng công cong biểu thị hàm chi phí vòng đời là một thức: đường parabol. Tiết diện càng lớn thì đường 1 parabol sẽ có dạng thoai thoải hơn. Giao điểm t (3) V0t V .(1 r) giữa hai đường cong F1 và F2 xác định dòng tn điện cực đại Igh1. Tại điểm này chi phí vòng t (1+r) là hệ số tương lai hoá. đời của hai phương án là bằng nhau. Do đó ta Lựa chọn tiết diện dây dẫn theo khoảng có công thức: chia kinh tế N 1 V  a .V  c .3I 2 .r .  01   hb 01 A gh1 01  t (6) Người ta tiến hành nghiên cứu kinh tế - kỹ t 1 (1 r) N 1 thuật cho từng khu vực lưới điện có mật độ V  a .V  c .3I 2 .r . 02   hb 02 A gh1 02  t phụ tải và độ tăng trưởng phụ tải nhất định, t 1 (1 r) rút ra một hoặc một số loại tiết diện dây dẫn Giải phương trình (6), ta có Igh1-2: tối ưu cho các đường trục và nhánh trong N 1 V V  .a .r  r  khoảng thời gian phụ tải phát triển. Sau đó 02 01  t hb 01 02 [A] (7) t1 1 r I  tiết diện này được áp dụng khi thiết kế lưới gh12 N 1 .3.c ..r  r  điện trong khu vực đó mà không cần tính toán  t A 01 02 t1 1 r nữa. Đồ thị quan hệ giữa chi phí vòng đời đường dây CP và I của các cấp điện áp Như vậy giá trị Igh phụ thuộc vào những thông vd0 max số sau: Chi phí xây dựng V , V [tr.đồng/km] đối với một khu vực cụ thể theo quan hệ: 01 02 tương ứng với tiết diện F1 & F2; Vòng đời tính CPvd0=f(Imax) (4) toán của dây dẫn N [năm]; Hệ số vận hành, sửa chữa, bảo dưỡng ahb; Điện trở trên một đơn vị dài r01, r02 [Ω/km]; Hệ số tăng phụ tải a%; Giá thành tổn thất điện năng cA- [đ/kWh]; Số năm phụ tải tăng t [năm]; Chiết khấu % (r) là hệ số lợi nhuận đầu tư trung bình trong kinh doanh; Thời gian tổn thất công suất lớn nhất τ [giờ]. Các giá trị này mang tính chất đặc trưng cho khu vực cần Imax1 Imax2 tính toán thiết kế. Imaxi ( A) Hình 1. Đồ thị xác định khoảng chia kinh tế Tính toán áp dụng Các dữ liệu cơ bản thu thập được đối với Để xây dựng được đồ thị với phạm vi kinh tế khu vực A nói trên, ta cần xác định các giá trị dòng điện Bài toán đặt ra yêu cầu xác định dòng điện giới hạn(Ighi) ứng với các giao điểm giữa hai giới hạn giữa các loại dây dẫn sử dụng cho tiết diện dây dẫn. Biết rằng tại giao điểm này cấp điện áp 22kV ở một khu vực A (bảng 1) ứng với phụ tải có giá trị là Ighi thì dùng tiết và các số liệu khảo sát đặc trưng cho khu vực diện tiêu chuẩn Fi hay Fi+1 là như nhau. (bảng 2). Trước hết ta xét biểu thức: Xây dựng biểu bảng khoảng chia kinh tế dây N 2 1 CP  V   a .V  c .3Imaxt .R.  (5) dẫn cấp điện áp 22kV đối với khu vực A vd0 0 t1 hb 0 A t (1  r) Sử dụng các thông số của khu vực A đã khảo Theo (5), phân tích thành hai thành phần. sát, áp dụng công thức (7), ta có bảng kết quả Thành phần thứ nhất là thành phần cố định (bảng 3,4). Theo Bảng kết quả này, người làm Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 198 Hà Thanh Tùng và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 88(12): 197 - 202 quy hoạch có thể lựa chọn nhanh tiết diện dây sử dụng phần mềm PSS/ADEPT( Power dẫn khi tính toán được giá trị dòng điện Imax (t) System Simulator / Avancer Distribution (Phân bố công suất trên mỗi đoạn đường Enginerinng Productivity tool) - sản phẩm dây); Chẳng hạn tại khu vực này, tính toán giá thương mại của Shaw PowerTechnologies trị dòng điện lớn nhất tại một xuất tuyến USA - là công cụ mô phỏng lưới điện phân 22kV có giá trị Imaxt = 90 (A). Tra bảng 4, ta phối được thiết kế cho các kỹ sư, cán bộ kỹ thấy 74 < Imaxt = 90 <128 (A). Nên tiết diện thuật những người làm công tác thiết kế, vận dây dẫn được chọn là được chọn là AC95. hành lưới điện phân phối để tính toán phân bố Để tính toán và đánh giá ngay được tiết diện công suất và kiểm tra độ lệch điện áp cũng dây dẫn sau khi lựa chọn của phương pháp như khả năng mang tải của lưới điện sau khi này, ta xét ví dụ cụ thể với xuất tuyến 474 của lựa chọn được tiết diện dây dẫn. khu vực A gồm 21 nút phụ tải. Ở đây tác giả Bảng 1. Bảng giá xây dựng đường dây 22 kV khu vực A Tiết diện Dòng điện Điện kháng Khối lƣợng tính Giá thành Công suất S1, Điện trở R nhôm/thép, cho phép I o X toán của dây XD22, cp, [MVA] [Ω/km] o10kV [ mm2] [A] [Ω/km] dẫn, [kg/km] [10^6đ/km] AC35 170 6.48 0.85 0.41 150 252 AC50 220 8.38 0.65 0.402 196 264 AC70 275 10.48 0.46 0.391 275 282 AC95 335 12.76 0.33 0.38 386 324 AC120 380 14.48 0.27 0.373 492 382 AC150 445 16.96 0.21 0.365 617 444 AC185 515 19.62 0.17 0.359 771 514 AC240 610 23.24 0.132 0.351 997 596 AC300 700 26.67 0.107 0.344 1257 777 AC400 800 30.48 0.08 0.335 1660 1079 Bảng 2. Dữ liệu xây dựng khoảng chia kinh tế cho khu vực A c Chiết khấu Số năm Số năm phụ Hệ số tăng Hệ số A T [h] τ [h] [đ/kWh] % (r) N tải tăng max trƣởng a%: HB% 1093 10 20 7 4500 8 0.8 2886 Bảng 3. Giá trị Igh theo khoảng chi kinh tế của khu vực A ( cấp điện áp 22 kV) Kết quả tính toán Loại dây Loại dây Tiết diện dây so sánh Dòng điện giới hạn I AC -F [mm2] AC –F [mm2] (F < F ) maxi 1 2 1 2 [A] AC35 AC50 AC35 – AC50 Imax1 = 32 AC50 AC70 AC50 – AC70 Imax2 = 40 AC70 AC95 AC70 – AC95 Imax3= 74 AC95 AC120 AC95– AC120 Imax4 = 128 AC120 AC150 AC120 – AC150 Imax5 = 132 AC150 AC185 AC150 – AC185 Imax6 = 154 AC185 AC240 AC185 – AC240 Imax7 = 186 AC240 AC300 AC240 – AC300 Imax8= 485 Bảng 4. Hướng dẫn lựa chọn tiết diện dây dẫn theo khoảng chia kinh tế (cấp điện áp 22kV – Khu vực A) Chọn Loại dây Chọn Loại dây 2 Khoảng giới hạn [A] 2 Khoảng giới hạn [A] AC -F1 [mm ] AC -F1 [mm ] AC 35 Imax < 32 AC 150 132 < Imax < 154 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 199 Hà Thanh Tùng và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 88(12): 197 - 202 AC 50 32 < Imax < 40 AC 185 154 < Imax < 186 AC 70 40 < Imax < 74 AC 240 186 < Imax < 485 AC 95 74 485 AC 120 128 Imax < 132 Ví dụ: 474 Xét sơ đồ HTPP hình tia cần thiết kế mới là lộ 474 của khu vực A sử dụng cấp điện áp 22kV gồm 21 nút, thông số cho ở bảng 5: Bảng 5. Phụ tải đường dây 474, khu vực A STT Công suất (kVA) Kpt Cosφ STT Công suất (kVA) Kpt Cosφ 1 250 0.58 0.85 12 750 0.45 0.85 2 180 0.5 0.85 13 560 0.5 0.85 3 250 0.55 0.85 14 250 0.5 0.85 4 100 0.45 0.85 15 560 0.58 0.85 5 180 0.4 0.85 16 250 0.48 0.85 6 250 0.55 0.85 17 250 0.49 0.85 7 250 0.58 0.85 18 400 0.68 0.85 8 560 0.45 0.85 19 100 0.7 0.85 9 560 0.55 0.85 20 320 0.58 0.85 10 160 0.7 0.85 21 250 0.6 0.85 11 160 0.55 0.85 Giả thiết đến thời điểm năm thứ 7 (t = 7), phụ tải của đường dây không tăng. Sử dụng phần mềm PSS/ADEPT tính phân bố công suất và tương lai hóa các giá trị dòng điện trên các trục chính của xuất tuyến 474 sau đó tra bảng 4 ta được kết quả: Bảng 6. Thông số đường dây 474 được chọn R X R X STT Node 1 Node 2 Loại dd 0 0 STT Node 1 Node 2 loai dd 0 0 (Ω/km) (Ω/km) (Ω/km) (Ω/km) 1 TC 1 AC95 0.33 0.38 11 1 2 AC95 0.33 0.38 2 9 10 AC95 0.33 0.38 12 19 20 AC50 0.65 0.402 3 10 11 AC95 0.33 0.38 13 20 21 AC50 0.65 0.402 4 11 12 AC95 0.33 0.38 14 2 3 AC95 0.33 0.38 5 12 13 AC95 0.33 0.38 15 3 4 AC95 0.33 0.38 6 13 14 AC35 0.85 0.41 16 4 5 AC95 0.33 0.38 7 14 15 AC35 0.85 0.41 17 5 6. AC95 0.33 0.38 8 15 16 AC35 0.85 0.41 18 6. 7 AC95 0.33 0.38 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 200 Hà Thanh Tùng và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 88(12): 197 - 202 9 16 17 AC50 0.65 0.402 19 8 7 AC95 0.33 0.38 10 17 18 AC50 0.65 0.402 20 8 9 AC95 0.33 0.38 11 18 19 AC50 0.65 0.402 21 * Kiểm tra lại tiết diện dây dẫn đã chọn bằng PSS/ADEPT Bảng 7. Tổng hợp tổn thất điện áp lộ 474 U U Δu Δumax STT Name Node 1 Node 2 K.Luận (nodei) (nodej) ji(kV) i(%) 1 Line1 TC474 22 1 21.926 0.074 0.0 Đảm bảo 2 Line10 9 21.371 10 21.334 0.037 2.9 Đảm bảo 3 Line11 10 21.334 11 21.299 0.035 3.0 Đảm bảo 4 Line12 11 21.229 12 21.227 0.002 3.5 Đảm bảo 5 Line13 12 21.227 13 21.159 0.068 3.5 Đảm bảo 6 Line14 13 21.159 14 21.049 0.11 3.8 Đảm bảo 7 Line15 14 21.049 15 21.033 0.016 4.3 Đảm bảo 8 Line16 15 21.033 16 21.025 0.008 4.4 Đảm bảo 9 Line17 3 21.71 17 21.7 0.01 1.3 Đảm bảo 10 Line18 17 21.7 18 21.672 0.028 1.4 Đảm bảo 11 Line19 18 21.672 19 21.655 0.017 1.5 Đảm bảo 12 Line2 1 21.926 2 21.889 0.037 0.3 Đảm bảo 13 Line20 19 21.655 20 21.647 0.008 1.6 Đảm bảo 14 Line22 20 21.647 21 21.645 0.002 1.6 Đảm bảo 15 Line3 2 21.889 3 21.71 0.179 0.5 Đảm bảo 16 Line4 3 21.71 4 21.693 0.017 1.3 Đảm bảo 17 Line5 4 21.693 5 21.631 0.062 1.4 Đảm bảo 18 Line6 5 21.631 6 21.622 0.009 1.7 Đảm bảo 19 Line7 6 21.622 7 21.528 0.094 1.7 Đảm bảo 20 Line8 7 21.528 8 21.439 0.089 2.1 Đảm bảo 21 Line9 8 21.439 9 21.317 0.122 2.6 Đảm bảo * Từ PSS tính toán ta có tổng hợp dòng điện chạy trên đường dây và Kiểm tra giới hạn nhiệt cho phép thể hiện trên bảng 8: Bảng 8. Kết quả tính toán dòng điện chạy trên các đoạn dây Loại Icp loại Icp STT Name I(A) Kết luận STT name I(A) Kết luận dây (A) dây (A) 1 Line1 AC95 207 335 Đảm bảo 12 Line2 AC95 198 335 Đảm bảo 2 Line10 AC95 89 335 Đảm bảo 13 Line20 AC50 21 220 Đảm bảo 3 Line11 AC95 83 335 Đảm bảo 14 Line22 AC50 8 220 Đảm bảo 4 Line12 AC95 79 335 Đảm bảo 15 Line3 AC95 194 335 Đảm bảo 5 Line13 AC95 63 335 Đảm bảo 16 Line4 AC95 144 335 Đảm bảo 6 Line14 AC35 46 170 Đảm bảo 17 Line5 AC95 142 335 Đảm bảo 7 Line15 AC35 23 170 Đảm bảo 18 Line6 AC95 138 335 Đảm bảo 8 Line16 AC35 7 170 Đảm bảo 19 Line7 AC95 132 335 Đảm bảo 9 Line17 AC50 44 220 Đảm bảo 20 Line8 AC95 125 335 Đảm bảo 10 Line18 AC50 37 220 Đảm bảo 21 Line9 AC95 106 335 Đảm bảo 11 Line19 AC50 24 220 Đảm bảo Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 201 Vậy các tiết diện của dây dẫn đã chọn đảm bảo [1]. Trần Bách (2002), Lưới điện và hệ thống điện - tập yêu cầu về mặt kỹ thuật. 1, Nxb Khoa học - Kỹ thuật Hà Nội. [2]. Trần Bách (2004), Lưới điện và hệ thống điện - tập KẾT LUẬN 2, Nxb Khoa học - Kỹ thuật, Hà Nội. Theo tính chất khu vực, người làm quy hoạch [3]. Trần Bách (2004), Giáo trình lưới điện, Nxb Giáo cần thu thập và khảo sát được các số liệu đặc dục, Hà Nội. trưng của phụ tải, đường dây,... Phương pháp [4]. Trần Đình Long (1999), Quy hoạch phát triển năng này cho phép xây dựng các bảng tra ứng với lượng và điện lực, Nxb Khoa học - Kỹ thuật, Hà Nội. nhiều cấp điện áp khác nhau giúp cho người làm [5]. Bộ Công thương, Thông tư số 32/2010/TT-BCT ngày 30/7/2010 Quy định hệ thống phân phối điện. thiết kế lựa chọn nhanh tiết diện dây dẫn trong thực tế, đặc biệt trong các dự án quy hoạch các [6]. Đại học Điện lực Hà Nội (2007), Áp dụng PSS/ADEAPT 5.0 trong lưới điện phân phối. lưới điện trung, hạ áp ở các Điện lực với đặc [7]. Binns, D.F (1986), Economics of electrical power trưng phát triển phụ tải của địa phương đó. engineering, Electricial logic power Ltd., PO Box 14, Manchester M16 7QA. [8]. E.Lakervi and E.J.Holmes (1995), Electricity TÀI LIỆU THAM KHẢO Distribution Network Design, Peter peregrinus Ltd. SUMMARY QUICK METHOD TO SELECT CROSS-SECTIONAL AREA OF DISTRIBUTION GRID WIRE FOLLOW ECONOMIC RANGE Ha Thanh Tung1,*, Pham Thi Hong Anh2 1College of Technology - TNU 2College of Information & Communication Technology - TNU The method to select cross-sectional of wire follow to economic conditions is of great significance in improving the economic efficiency of the power distribution grid, especially in the current economic conditions. Method to select wire's cross-sectional follow to the range of economic can help power distribution network designer to select wire’s cross-section quickly according to characteristics of the area on the tables and graphs with no need to recalculate. Keywords: Economic range, cross-sectional of wire, power distribution grid. * Tel: 0913.789.858, Email: tunganh@tnut.edu.vn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 202