Đại học Thái Nguyên - Kỹ thuật Điện và Công nghệ

Nghiên cứu nâng cao tính tác động chọn lọc của recloser trên lộ 373e13, điện lực Lộc Bình, tỉnh Lạng Sơn, nhằm cải thiện hiệu suất hệ thống điện.

• Người hướng dẫn: TS. Phạm Văn B
• Trường học: Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
• Đề tài: Kỹ Thuật Điện
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Thái Nguyên

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
• Mục tiêu nghiên cứu
• Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• Cấu trúc của luận văn
• 1. CHƯƠNG 1: MÔ HÌNH TỔ CHỨC VÀ HẠ TẦNG LƯỚI ĐIỆN TỈNH LẠNG SƠN
• 1.1. Khái quát mô hình chỉ huy điều độ tại Công ty Điện lực Lạng Sơn
• 1.1.1. Mô hình quản lý Đội QLVH lưới điện cao thế Lạng Sơn
• 1.1.2. Mô hình quản lý Điện lực Thành Phố Lạng Sơn
• 1.1.3. Mô hình quản lý các Điện lực còn lại
• 1.2. Hiện trạng nguồn và lưới điện tỉnh Lạng Sơn
• 1.3. Hiện trạng nguồn và lưới điện lộ đường dây 373 trạm E13
• 1.4. Chức năng của thiết bị bảo vệ trên lộ đường dây 373-E13
• 1.5. Chức năng bảo vệ của rơle 7SJ600 5-5EA00-0DA0/bb xuất tuyến lộ đường dây 373-E13
• 1.6. Thông số cài đặt bảo vệ trên lộ đường dây 373-E13
• 1.7. Hiện trạng sự cố trên đường dây 373E13
• 2. CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH CHỨC NĂNG BẢO VỆ TRONG RECLOSER
• 2.1. Tổng quan về Recloser
• 2.2. Phối hợp Recloser và Recloser
• 2.3. Phối hợp Recloser và Rơle
• 2.4. Thông số kỹ thuật, chức năng các loại Recloser dùng trên lộ 373
• 3. CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN PHÂN BỐ CÔNG SUẤT VÀ NGẮN MẠCH, LỰA CHỌN THÔNG SỐ CÀI ĐẶT NÂNG CAO TÍNH TÁC ĐỘNG CHỌN LỌC CHO RECLOSER
• 3.1. Giải tích lưới điện
• 3.2. Thiết lập thông số bảo vệ
• 3.3. Bảo vệ quá dòng xuất tuyến lộ 373
• 3.4. Cài đặt, lựa chọn đường đặc tính cho Recloser
• 3.5. Lý giải Recloser cắt không chọn lọc
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Đại Học Thái Nguyên Kỹ Thuật Điện Công Nghệ

Đại học Thái Nguyên (ĐHTN) là trung tâm đào tạo và nghiên cứu khoa học lớn của khu vực trung du miền núi phía Bắc. Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp (ĐHKTCN) là một trong những trường thành viên chủ lực của ĐHTN, đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp nguồn nhân lực chất lượng cao cho ngành kỹ thuật điện và công nghệ của khu vực và cả nước. Chương trình đào tạo kỹ thuật điện và công nghệ tại ĐHKTCN được xây dựng theo hướng tiếp cận thực tế, trang bị cho sinh viên kiến thức nền tảng vững chắc, kỹ năng chuyên môn sâu rộng và khả năng thích ứng với sự thay đổi nhanh chóng của công nghệ hiện đại. Trường không ngừng đổi mới chương trình và phương pháp giảng dạy, tăng cường hợp tác với các doanh nghiệp và tổ chức nghiên cứu để nâng cao chất lượng đào tạo. Trích dẫn từ tài liệu gốc cho thấy sự quan tâm đặc biệt đến nghiên cứu khoa học và ứng dụng thực tiễn.

1.1. Lịch Sử Phát Triển Ngành Kỹ Thuật Điện Tại ĐHTN

Ngành kỹ thuật điện tại ĐHTN có bề dày lịch sử phát triển, bắt đầu từ những năm đầu thành lập trường. Trải qua nhiều giai đoạn, ngành đã không ngừng lớn mạnh, mở rộng quy mô và nâng cao chất lượng đào tạo. Các thế hệ giảng viên và sinh viên đã đóng góp to lớn vào sự phát triển của ngành, xây dựng nên truyền thống tốt đẹp và uy tín vững chắc. Hiện nay, ngành kỹ thuật điện tại ĐHTN là một trong những địa chỉ đào tạo uy tín, thu hút đông đảo sinh viên theo học. Việc đổi mới chương trình và phương pháp giảng dạy được ưu tiên hàng đầu.

1.2. Cơ Sở Vật Chất Phục Vụ Đào Tạo Kỹ Thuật Điện

Để đáp ứng yêu cầu đào tạo kỹ thuật điện và công nghệ chất lượng cao, ĐHTN đã đầu tư mạnh mẽ vào cơ sở vật chất, trang thiết bị hiện đại. Các phòng thí nghiệm, xưởng thực hành được trang bị đầy đủ các thiết bị đo lường, điều khiển, bảo vệ điện và các phần mềm mô phỏng chuyên dụng. Sinh viên có cơ hội thực hành, thí nghiệm và làm quen với các công nghệ mới nhất trong ngành. Hệ thống thư viện với nguồn tài liệu phong phú, đa dạng, đáp ứng nhu cầu học tập và nghiên cứu của sinh viên và giảng viên.

II. Thách Thức Giải Pháp Trong Đào Tạo Kỹ Thuật Điện Hiện Nay

Ngành kỹ thuật điện và công nghệ đang đối mặt với nhiều thách thức trong bối cảnh cách mạng công nghiệp 4.0. Yêu cầu về nguồn nhân lực ngày càng cao, đòi hỏi sinh viên không chỉ có kiến thức chuyên môn vững chắc mà còn phải có kỹ năng mềm, khả năng làm việc nhóm, tư duy sáng tạo và khả năng thích ứng với sự thay đổi nhanh chóng của công nghệ. Một số thách thức khác bao gồm: sự thiếu hụt đội ngũ giảng viên có trình độ cao, sự lạc hậu của chương trình đào tạo so với thực tế sản xuất, và sự hạn chế trong hợp tác giữa nhà trường và doanh nghiệp. Giải pháp bao gồm: đổi mới chương trình đào tạo, nâng cao trình độ giảng viên, tăng cường hợp tác doanh nghiệp và thúc đẩy nghiên cứu khoa học.

2.1. Sự Thay Đổi Nhanh Chóng Của Công Nghệ Điện Điện Tử

Sự phát triển vượt bậc của công nghệ điện - điện tử đặt ra yêu cầu cấp thiết về việc cập nhật kiến thức và kỹ năng cho sinh viên và giảng viên. Các công nghệ mới như Internet of Things (IoT), trí tuệ nhân tạo (AI), điện toán đám mây (Cloud Computing) đang ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong ngành điện. ĐHTN cần nhanh chóng đưa các công nghệ này vào chương trình đào tạo để đáp ứng nhu cầu của thị trường lao động.

2.2. Thiếu Hụt Kỹ Năng Mềm Khả Năng Làm Việc Nhóm

Ngoài kiến thức chuyên môn, kỹ năng mềm và khả năng làm việc nhóm là yếu tố quan trọng để thành công trong môi trường làm việc hiện đại. Sinh viên kỹ thuật điện cần được trang bị các kỹ năng như giao tiếp, thuyết trình, giải quyết vấn đề, tư duy phản biện và khả năng làm việc nhóm hiệu quả. ĐHTN cần tăng cường các hoạt động ngoại khóa, dự án nhóm và các buổi workshop để phát triển các kỹ năng này cho sinh viên. Kỹ năng mềm giúp sinh viên thích nghi và phát triển tốt trong môi trường làm việc đa dạng.

III. Phương Pháp Nâng Cao Chất Lượng Đào Tạo Kỹ Thuật Điện

Để nâng cao chất lượng đào tạo kỹ thuật điện và công nghệ, ĐHTN cần áp dụng các phương pháp giảng dạy tiên tiến, tăng cường tính thực hành, khuyến khích tư duy sáng tạo và đẩy mạnh hợp tác quốc tế. Một số phương pháp cụ thể bao gồm: sử dụng phương pháp học tập dự án, phương pháp học tập theo vấn đề, phương pháp giảng dạy tích cực và phương pháp đánh giá đa dạng. Ngoài ra, việc xây dựng môi trường học tập thân thiện, cởi mở và khuyến khích sự sáng tạo cũng là yếu tố quan trọng để thu hút và giữ chân sinh viên tài năng.

3.1. Ứng Dụng Công Nghệ Thông Tin Trong Giảng Dạy

Ứng dụng công nghệ thông tin (CNTT) trong giảng dạy là một xu hướng tất yếu trong giáo dục hiện đại. ĐHTN cần tích cực sử dụng các phần mềm mô phỏng, các công cụ trực tuyến và các nền tảng học tập điện tử để tăng tính trực quan, sinh động và tương tác trong quá trình giảng dạy. Việc sử dụng CNTT giúp sinh viên dễ dàng tiếp cận kiến thức, chủ động học tập và phát triển các kỹ năng tự học.

3.2. Tăng Cường Hợp Tác Giữa Nhà Trường Doanh Nghiệp

Hợp tác giữa nhà trường và doanh nghiệp là yếu tố then chốt để nâng cao chất lượng đào tạo kỹ thuật điện. ĐHTN cần tăng cường các hoạt động như: tổ chức thực tập cho sinh viên tại doanh nghiệp, mời các chuyên gia doanh nghiệp tham gia giảng dạy, phối hợp nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ mới. Thông qua hợp tác doanh nghiệp, sinh viên có cơ hội tiếp cận thực tế sản xuất, học hỏi kinh nghiệm từ các chuyên gia và nâng cao khả năng thích ứng với môi trường làm việc.

IV. Ứng Dụng Thực Tế Nghiên Cứu Recloser Trên Lưới Điện

Một nghiên cứu điển hình tại ĐHTN tập trung vào việc nâng cao tính chọn lọc của recloser trên lưới điện phân phối. Việc lựa chọn thông số cài đặt cho recloser đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo vận hành ổn định và an toàn cho lưới điện. Nghiên cứu này đã đề xuất các phương pháp tính toán và lựa chọn thông số cài đặt recloser phù hợp với đặc điểm của lưới điện địa phương, từ đó nâng cao hiệu quả bảo vệ và giảm thiểu thiệt hại do sự cố gây ra. Nghiên cứu dựa trên số liệu thực tế từ Công ty Điện lực Lạng Sơn và đã được áp dụng thử nghiệm thành công trên một số tuyến đường dây.

4.1. Phân Tích Hiện Trạng Lưới Điện Phân Phối Lạng Sơn

Nghiên cứu bắt đầu bằng việc phân tích hiện trạng lưới điện phân phối tại Lạng Sơn, bao gồm: cấu trúc lưới, phụ tải, đặc tính đường dây và các thiết bị bảo vệ hiện có. Việc phân tích hiện trạng giúp xác định các vấn đề tồn tại và đưa ra các giải pháp phù hợp. Đặc biệt, nghiên cứu tập trung vào các tuyến đường dây có nhiều sự cố và các khu vực có phụ tải biến động lớn.

4.2. Đề Xuất Giải Pháp Cài Đặt Thông Số Recloser Tối Ưu

Dựa trên kết quả phân tích hiện trạng, nghiên cứu đã đề xuất các giải pháp cài đặt thông số recloser tối ưu, bao gồm: lựa chọn đường đặc tính thời gian - dòng điện phù hợp, xác định giá trị dòng điện khởi động và thời gian tác động tối thiểu. Các giải pháp này được xây dựng dựa trên các tiêu chuẩn kỹ thuật và kinh nghiệm thực tế, đảm bảo tính khả thi và hiệu quả.

V. Tương Lai Ngành Kỹ Thuật Điện Xu Hướng Cơ Hội Phát Triển

Ngành kỹ thuật điện và công nghệ đang chứng kiến sự thay đổi mạnh mẽ dưới tác động của cách mạng công nghiệp 4.0. Các xu hướng mới như: lưới điện thông minh (Smart Grid), năng lượng tái tạo (Renewable Energy), điện khí hóa giao thông (Electric Vehicles) đang mở ra nhiều cơ hội phát triển cho ngành. ĐHTN cần chủ động nắm bắt các xu hướng này, đổi mới chương trình đào tạo và tăng cường nghiên cứu khoa học để đáp ứng nhu cầu của thị trường lao động và đóng góp vào sự phát triển bền vững của đất nước. Sự phát triển của năng lượng tái tạo tạo ra nhu cầu lớn về kỹ sư kỹ thuật điện có chuyên môn về điện mặt trời, điện gió.

5.1. Phát Triển Lưới Điện Thông Minh Ứng Dụng IoT

Lưới điện thông minh và Internet of Things (IoT) đang trở thành xu hướng chủ đạo trong ngành điện. ĐHTN cần tăng cường đào tạo về các công nghệ này để sinh viên có thể thiết kế, xây dựng và vận hành các hệ thống điện thông minh, tích hợp IoT. Việc ứng dụng IoT trong lưới điện giúp nâng cao hiệu quả quản lý, giảm thiểu tổn thất và tăng cường độ tin cậy cung cấp điện.

5.2. Nghiên Cứu Phát Triển Năng Lượng Tái Tạo Bền Vững

Năng lượng tái tạo đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an ninh năng lượng và bảo vệ môi trường. ĐHTN cần tăng cường nghiên cứu và phát triển các công nghệ năng lượng tái tạo như điện mặt trời, điện gió, thủy điện nhỏ và năng lượng sinh khối. Việc đào tạo nguồn nhân lực có chuyên môn về năng lượng tái tạo là yếu tố then chốt để phát triển ngành năng lượng tái tạo một cách bền vững.

VI. Kết Luận ĐH Thái Nguyên Sứ Mệnh Kỹ Thuật Điện Tương Lai

Đại học Thái Nguyên, đặc biệt là ĐHKTCN, đóng vai trò then chốt trong việc đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao cho ngành kỹ thuật điện và công nghệ. Với sự nỗ lực không ngừng đổi mới và nâng cao chất lượng đào tạo, ĐHTN đang khẳng định vị thế là một trong những trung tâm đào tạo và nghiên cứu khoa học hàng đầu của khu vực và cả nước. Sự phát triển của ngành kỹ thuật điện tại ĐHTN không chỉ góp phần vào sự phát triển kinh tế - xã hội của địa phương mà còn đóng góp vào sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước.

6.1. Đề Xuất Chính Sách Hỗ Trợ Phát Triển Ngành Điện

Để phát triển ngành kỹ thuật điện một cách bền vững, cần có các chính sách hỗ trợ từ nhà nước và các tổ chức liên quan. Các chính sách này có thể bao gồm: ưu đãi về thuế, hỗ trợ vốn đầu tư, khuyến khích nghiên cứu và phát triển công nghệ mới. Việc xây dựng môi trường pháp lý thuận lợi là yếu tố quan trọng để thu hút đầu tư và thúc đẩy sự phát triển của ngành.

6.2. Tiếp Tục Đổi Mới Chương Trình Phương Pháp Giảng Dạy

Việc đổi mới chương trình và phương pháp giảng dạy là một quá trình liên tục và không ngừng nghỉ. ĐHTN cần thường xuyên rà soát, cập nhật và điều chỉnh chương trình đào tạo để đáp ứng yêu cầu của thị trường lao động và sự phát triển của công nghệ. Đồng thời, cần áp dụng các phương pháp giảng dạy tiên tiến, tăng cường tính thực hành và khuyến khích sự sáng tạo của sinh viên.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Lưới điện phân phối 35 kV giữ vai trò huyết mạch trong việc bảo đảm an ninh năng lượng và cung cấp điện trực tiếp đến các phụ tải tiêu thụ tại vùng cao. Theo số liệu thống kê năm 2019 tại Công ty Điện lực Lạng Sơn, lưới điện trung áp toàn tỉnh ghi nhận sự gia tăng đột biến về số vụ sự cố, trong đó khu vực huyện Lộc Bình chiếm tỷ lệ cao nhất với 55% tổng số vụ toàn tỉnh, tương đương 43 vụ sự cố (gồm 26 vụ sự cố vĩnh cửu và 17 vụ sự cố thoáng qua). Tuyến lộ 373 trạm biến áp 110 kV E13.2 Lạng Sơn là xuất tuyến trung áp có quy mô đặc biệt lớn với tổng chiều dài đường dây lên tới 539,124 km, cấp điện cho 216 trạm biến áp phân phối với tổng công suất đặt đạt 50.193 kVA. Đường dây này liên kết mạch vòng phức tạp với lộ 373 và 376 thuộc trạm 110 kV Tiên Yên tỉnh Quảng Ninh, đi qua địa hình đồi núi hiểm trở và thường xuyên chịu ảnh hưởng bởi giông sét, cây đổ. Mặc dù đã được trang bị 13 thiết bị đóng cắt tự động Recloser trên trục chính và các nhánh rẽ, nhưng trong quá trình vận hành thực tế liên tục xảy ra hiện tượng Recloser tác động vượt cấp, cắt đồng thời hoặc mất tính chọn lọc khi xảy ra sự cố ngắn mạch, gây gián đoạn cung cấp điện diện rộng. Luận văn thạc sĩ chuyên ngành Kỹ thuật Điện tập trung nghiên cứu tính toán phân bố công suất, xác định chính xác dòng điện ngắn mạch và hiệu chỉnh thông số phối hợp bảo vệ cho toàn bộ hệ thống Recloser trên lộ 373 E13.2. Đề tài mang lại giá trị thực tiễn to lớn trong việc nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, giảm thiểu thời gian mất điện cho hàng chục nghìn khách hàng và tối ưu hóa chi phí vận hành lưới điện phân phối tại địa phương.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên nền tảng lý thuyết phân tích lưới điện phân phối, lý thuyết bảo vệ rơle quá dòng và nguyên lý phối hợp bảo vệ chọn lọc thời gian - dòng điện theo tiêu chuẩn quốc tế IEC 60255. Hệ thống lý thuyết tập trung giải quyết ba khái niệm then chốt: tính chọn lọc của thiết bị bảo vệ, đặc tính tác động phụ thuộc thời gian và cơ chế tự động đóng lại để giải trừ sự cố thoáng qua vốn chiếm từ 75% đến 95% tổng số sự cố trên đường dây trên không. Đường đặc tính thời gian cắt của Recloser được xác định qua hàm toán học phi tuyến biểu diễn mối quan hệ giữa thời gian tác động t, thông số đặt thời gian TDS và bội số dòng khởi động MP, trong đó thông số cài đặt tuân thủ chặt chẽ các dạng đặc tính dốc tiêu chuẩn với hệ số A = 0,14 và m = 0,02, đặc tính rất dốc và cực dốc. Luận văn kết hợp mô hình bảo vệ quá dòng phân cấp (chức năng bảo vệ 50/51 cho quá dòng pha và 50N/51N cho chạm đất) với quy chuẩn phối hợp đa tầng giữa rơle số 7SJ600 tại trạm nguồn và các Recloser phân đoạn trên lưới điện. Cơ sở pháp lý và quy trình vận hành được đối chiếu trực tiếp với Thông tư 40/2015/TT-BCT của Bộ Công Thương và Công văn số 342/EVN-ĐĐQG-KTTSX quy định về quyền điều khiển, quy trình thao tác và chỉnh định bảo vệ trong hệ thống điện quốc gia.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp tính toán mô phỏng kỹ thuật chuyên sâu kết hợp xử lý dữ liệu vận hành thực tế. Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm toàn bộ 13 trạm Recloser thuộc hai chủng loại chính là Cooper và Nu-Lec/Schneider cùng 216 trạm biến áp phân phối trên toàn tuyến lộ 373 E13.2. Phương pháp chọn mẫu là khảo sát toàn diện toàn bộ cấu trúc mạch nhánh và nút phụ tải nhằm phản ánh chính xác hiện trạng lưới hình tia có liên kết mạch vòng phức tạp. Lý do lựa chọn phần mềm mô phỏng ETAP là nhờ khả năng giải tích chính xác trào lưu công suất theo thuật toán Newton-Raphson và mô phỏng ngắn mạch đa chế độ (ngắn mạch ba pha, ngắn mạch hai pha chạm đất và ngắn mạch một pha chạm đất) tại từng nút lưới. Dữ liệu đầu vào thu thập từ Phòng Điều độ Công ty Điện lực Lạng Sơn trong giai đoạn 2018 - 2020, bao gồm thông số kỹ thuật của hai máy biến áp nguồn T1 và T2 công suất 40 MVA điện áp 115/38,5/23 kV, tỷ số biến dòng đo lường 2000/1 A, điện trở và điện kháng của 539,124 km đường dây cùng lịch sử ghi nhận dòng sự cố thực tế.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Kết quả tính toán và mô phỏng trên phần mềm ETAP đã chỉ rõ nguyên nhân gốc rễ dẫn đến hiện tượng cắt vượt cấp và tác động không chọn lọc của hệ thống Recloser. Thứ nhất, trước khi hiệu chỉnh, các Recloser trên tuyến (điển hình như Recloser Bản Ngà và Recloser Đình Lập) được cài đặt ngưỡng dòng khởi động chưa hợp lý; ví dụ Recloser Bản Ngà đặt dòng pha 1550 A, dòng thứ tự không 24 A nhưng thời gian tác động tức thời 0,0 giây trùng lặp với thời gian cắt cấp II (600 A, 0,3 giây) của rơle 7SJ600 tại đầu xuất tuyến. Thứ hai, dòng ngắn mạch cực đại tại các nút đầu đường dây vượt mức 1360 A, trong khi dòng ngắn mạch nhỏ nhất tại cuối nhánh chỉ đạt từ 120 A đến 150 A, tạo ra sự chênh lệch biên độ dòng điện hơn 10 lần giữa các phân đoạn bảo vệ. Thứ ba, việc đồng bộ hóa đường đặc tính thời gian cắt theo tiêu chuẩn IEC 60255 sau khi tối ưu hóa đã tạo ra khoảng cách thời gian chọn lọc an toàn từ 0,25 giây đến 0,35 giây giữa các Recloser liền kề, giúp loại bỏ 100% các trường hợp nhảy đồng thời khi xuất hiện sự cố ngắn mạch thoáng qua hoặc vĩnh cửu.

Thảo luận kết quả

Các kết quả nghiên cứu được trực quan hóa sinh động thông qua hệ thống sơ đồ trào lưu công suất và biểu đồ phối hợp đặc tính thời gian - dòng điện (đường cong TCC) trong không gian logarit. Trên biểu đồ phối hợp TCC, đường cong bảo vệ của rơle 7SJ600, Recloser Cooper và Recloser Nu-Lec được xếp chồng theo thứ tự từ nguồn đến phụ tải mà không xuất hiện bất kỳ điểm giao thoa nguy hiểm nào trong dải dòng sự cố từ 200 A đến 2500 A. Bảng tổng hợp giá trị đặt mới xác lập ngưỡng dòng tác động pha và chạm đất phân cấp chặt chẽ: rơle trạm đầu nguồn duy trì cấp bảo vệ I (400 A / 1,5 giây) và cấp II (600 A / 0,3 giây); các Recloser trục chính duy trì chế độ tự động đóng lại 1 chu kỳ với thời gian phục hồi 30 giây, bảo đảm tự giải trừ sự cố thoáng qua (vốn chiếm 55% sự cố thực tế do thiên tai). So sánh với các nghiên cứu tương tự trong ngành điện lực, phương pháp định lượng phối hợp Recloser bằng phần mềm ETAP trong luận văn này đã giải quyết triệt để hiện tượng mất chọn lọc trên đường dây nông thôn có chiều dài lớn trên 500 km, nâng cao chỉ số tin cậy cung cấp điện vượt bậc.

Đề xuất và khuyến nghị

Trên cơ sở kết quả tính toán, luận văn đề xuất 4 nhóm giải pháp kỹ thuật và quản lý vận hành mang tính hành động cao:

Thứ nhất, tiến hành nạp lại toàn bộ bảng thông số chỉnh định bảo vệ đã tối ưu hóa cho 13 trạm Recloser trên tuyến lộ 373 E13.2, bảo đảm ngưỡng dòng khởi động chạm đất duy trì từ 24 A đến 32 A và thời gian trễ phân cấp tối thiểu 0,3 giây; chủ thể thực hiện là Phòng Điều độ và Đội Quản lý vận hành lưới điện Lạng Sơn, hoàn thành trong thời gian 30 ngày.

Thứ hai, chuẩn hóa chu kỳ tự động đóng lặp lại 1 lần với thời gian chờ 30 giây cho toàn bộ các thiết bị Recloser Cooper và Nu-Lec trên tuyến; giải pháp này hướng tới mục tiêu giảm 80% số vụ cắt điện kéo dài do sự cố thoáng qua, triển khai đồng bộ trong quý đầu tiên của kế hoạch vận hành.

Thứ ba, nâng cấp hạ tầng kết nối truyền thông không dây 3G/4G và cáp quang cho toàn bộ 98 trạm Recloser trên địa bàn toàn tỉnh Lạng Sơn, tích hợp trực tiếp vào hệ thống SCADA tại Trung tâm Điều độ; Phòng Công nghệ thông tin và Viễn thông chịu trách nhiệm thực thi với lộ trình 12 tháng, nhằm giảm 50% thời gian xác định phân vùng sự cố.

Thứ tư, định kỳ 6 tháng một lần thực hiện tính toán lại phân bố công suất và dòng ngắn mạch trên phần mềm mô phỏng chuyên dụng khi có sự thay đổi phương thức kết lưới hoặc tăng trưởng phụ tải trên 10%; giao nhiệm vụ trực tiếp cho bộ phận phương thức thuộc Phòng Điều độ nhằm duy trì tính tác động chọn lọc liên tục.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Luận văn là tài liệu tham khảo chuyên môn sâu sắc và hữu ích cho 4 nhóm đối tượng trọng tâm:

Nhóm thứ nhất là các kỹ sư phương thức và điều độ viên tại các Công ty Điện lực tỉnh: Tài liệu cung cấp quy trình từng bước tính toán ngắn mạch và cài đặt phối hợp bảo vệ Recloser trên các xuất tuyến trung áp 35 kV có chiều dài lớn trên 500 km.

Nhóm thứ hai là cán bộ quản lý kỹ thuật và an toàn điện lực cấp huyện: Hỗ trợ nắm vững nguyên lý hoạt động của Recloser Cooper và Nu-Lec, kỹ năng phân tích chính xác bản ghi sự cố để xử lý nhanh các tình huống máy cắt nhảy bất thường.

Nhóm thứ ba là giảng viên, học viên cao học và sinh viên chuyên ngành Kỹ thuật Điện: Nguồn học liệu tham khảo chuẩn xác về ứng dụng phần mềm ETAP trong phân tích lưới điện thực tế và thực hành tính toán rơle bảo vệ theo tiêu chuẩn IEC 60255.

Nhóm thứ tư là các đơn vị tư vấn thiết kế và thí nghiệm điện: Cung cấp khung phương pháp luận và cơ sở dữ liệu thực chứng về thông số trạm biến áp 40 MVA, đường dây phân phối vùng cao để lập phương án bảo vệ cho các dự án phát triển lưới điện thông minh.

Câu hỏi thường gặp

Thiết bị Recloser đóng vai trò gì trong việc giảm sự cố trên lưới điện trung áp lộ 373?
Recloser là thiết bị đóng cắt tự động thông minh, có khả năng phát hiện dòng quá tải hoặc ngắn mạch và tự động đóng lặp lại sau khoảng thời gian cài đặt 30 giây. Do 75% đến 95% sự cố trên đường dây trung áp 35 kV là sự cố thoáng qua do sét đánh hoặc cây chạm dây, Recloser giúp khôi phục điện tức thì mà không cần thao tác thủ công tại hiện trường.

Tại sao trên lộ 373 E13.2 trước đây thường xảy ra hiện tượng Recloser tác động vượt cấp?
Hiện tượng tác động vượt cấp xảy ra do sự thiếu đồng bộ giữa các đường đặc tính thời gian - dòng điện của rơle 7SJ600 đầu trạm và các Recloser trên tuyến. Cụ thể, khi dòng ngắn mạch vượt quá 1360 A, thông số thời gian cắt tức thời của các Recloser phía dưới chưa được phân cấp khoảng trễ an toàn từ 0,25 đến 0,35 giây, dẫn đến việc nhiều thiết bị cùng nhảy đồng thời.

Phần mềm ETAP hỗ trợ giải quyết bài toán phối hợp bảo vệ như thế nào?
Phần mềm ETAP mô phỏng chính xác mô hình trào lưu công suất và dòng ngắn mạch đa điểm trên lưới điện 539,124 km. Nhờ module phân tích bảo vệ chuyên sâu, ETAP cho phép vẽ và tinh chỉnh các đường đặc tính TCC theo tiêu chuẩn IEC 60255, giúp kỹ sư quan sát trực quan biên độ thời gian phối hợp và loại trừ hoàn toàn các điểm giao cắt mất chọn lọc.

Các chủng loại Recloser nào đang được sử dụng chính trên đường dây 373 Lạng Sơn?
Trên tuyến lộ 373 E13.2 hiện đang vận hành 13 trạm Recloser thuộc hai dòng thiết bị phổ biến là Cooper và Nu-Lec, sử dụng tỷ số biến dòng đo lường chuẩn 2000/1 A. Các thiết bị này được tích hợp bộ điều khiển kỹ thuật số vi xử lý hiện đại, hỗ trợ giám sát và điều khiển từ xa thông qua mạng truyền thông không dây 3G kết nối về Trung tâm Điều độ.

Ý nghĩa kinh tế và kỹ thuật lớn nhất mà nghiên cứu mang lại là gì?
Về mặt kỹ thuật, nghiên cứu bảo đảm độ tin cậy cung cấp điện và khoanh vùng sự cố chính xác trong phạm vi nhỏ nhất. Về mặt kinh tế, việc giảm 55% tỷ lệ sự cố kéo dài tại Điện lực Lộc Bình giúp tiết kiệm hàng trăm giờ ngừng cung cấp điện, bảo vệ an toàn cho hệ thống máy biến áp nguồn 40 MVA và giảm thiểu tối đa tổn thất điện năng thương mại.

Kết luận

• Khảo sát và đánh giá toàn diện hiện trạng hạ tầng lưới điện phân phối 35 kV lộ 373 E13.2 Lạng Sơn với quy mô 539,124 km và 216 trạm biến áp.
• Làm rõ nguyên nhân gây mất tính chọn lọc và cắt vượt cấp giữa rơle 7SJ600 và 13 trạm Recloser Cooper, Nu-Lec trong các sự cố ngắn mạch vượt 1360 A.
• Xây dựng mô hình mô phỏng hoàn chỉnh trên phần mềm ETAP, tính toán chính xác dòng ngắn mạch và phân bố trào lưu công suất cho toàn tuyến.
• Xác lập bảng thông số cài đặt tối ưu theo tiêu chuẩn IEC 60255, bảo đảm độ trễ phối hợp từ 0,25 giây đến 0,35 giây và tỷ lệ tác động chọn lọc đạt 100%.
• Đề xuất lộ trình 4 bước nâng cấp công nghệ truyền thông và quản lý vận hành lưới điện thông minh giai đoạn 2020 - 2025.

Đóng góp cốt lõi của công trình là cung cấp giải pháp kỹ thuật thực chứng giúp tối ưu hóa vận hành hệ thống điện thực tế tại Công ty Điện lực Lạng Sơn. Các đơn vị quản lý vận hành lưới điện cần nhanh chóng áp dụng bộ thông số chỉnh định mới và số hóa toàn diện giám sát SCADA để nâng cao độ ổn định cung cấp điện khu vực.