Luận Văn Thạc Sĩ: Đánh Giá Hệ Thống Bảo Vệ Quá Điện Áp Nội Bộ Trạm Biến Áp 220kV Thái Nguyên

• Tác giả: Trần Thị Lan Hương
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Đức Tường
• Trường học: Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
• Đề tài: Nghiên Cứu, Đánh Giá Hệ Thống Bảo Vệ Quá Điện Áp Nội Bộ Cho Trạm Biến Áp 220kV Thái Nguyên
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Thái Nguyên

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ QUÁ ĐIỆN ÁP NỘI BỘ
• 1.1. Nguyên nhân phát sinh quá điện áp trong hệ thống
• 1.2. Quá điện áp phát sinh do đóng đường dây không tải
• 1.3. Quá điện áp do cắt bộ tụ điện
• 1.4. Quá điện áp do tự động đóng lại đường dây
• 2. CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU TRẠM BIẾN ÁP 220KV THÁI NGUYÊN VÀ MỘT SỐ THIẾT BỊ BẢO VỆ QUÁ ĐIỆN ÁP
• 2.1. Vai trò của trạm biến áp 220 KV Thái Nguyên
• 2.2. Sơ đồ nối điện tự dùng của trạm
• 2.3. Sơ đồ nối điện tự dùng một chiều
• 2.4. Một số thiết bị bảo vệ quá điện áp
• 2.5. Khe hở phóng điện
• 2.6. Chống sét van có khe hở SiC
• 2.7. Chống sét van không khe ở ZnO
• 3. CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU CHƯƠNG TRÌNH ATP-EMTP
• 3.1. Các modul của chương trình ATP và khả năng ứng dụng
• 3.2. Tổ hợp các modul trong ATP
• 3.3. Những modul mô phỏng của ATP
• 3.4. Chương trình atpdraw
• 3.5. Phần tử đo lường (Probes & 3-phase)
• 3.6. Đường dây trên không/cáp (Lines/Cables)
• 3.7. Phần tử tần số (Frequency component)
• 4. CHƯƠNG 4: XÁC ĐỊNH ĐỘ LỚN CỦA QUÁ ĐIỆN ÁP VÀ CÁC GIẢI PHÁP HẠN CHẾ QUÁ ÁP
• 4.1. Mô phỏng sơ đồ nguyên lý trạm biến áp bằng atpdraw
• 4.2. Sơ đồ nguyên lý trạm biến áp 220 Kv
• 4.3. Mô hình trạm biến áp 220 kV trong ATPDraw
• 4.4. Cài đặt chương trình ATPDraw
• 4.5. Kết quả nghiên cứu
• 4.6. Đánh giá vai trò của chống sét van đặt trong trạm
• 4.7. Nhập thông số chống sét van. Kết quả phân tích
• 4.8. Các biện pháp khác hạn chế quá điện áp nội bộ. Giới thiệu chung
• 4.9. Hạn chế quá điện áp nội bộ bằng việc lựa chọn thời điểm đóng máy cắt
• KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Quá Điện Áp Nội Bộ Trạm Biến Áp 220kV

Trong hệ thống điện, quá điện áp nội bộ phát sinh từ nhiều nguyên nhân như thao tác đóng cắt, giải trừ sự cố, hoặc đóng cắt theo kế hoạch. Khác với quá điện áp khí quyển do sét, quá điện áp nội bộ thường khó nhận biết hơn. Hệ thống điện có thể được xem như một mạch dao động RLC, và các tác động làm thay đổi chế độ làm việc gây ra dao động năng lượng điện từ, dẫn đến quá điện áp. Các nguyên nhân chính bao gồm chuyển mạch giữa các pha, chuyển mạch tiếp điểm, cắt đường dây non tải, đóng đường dây hở mạch, tự động đóng lặp lại, cắt tụ điện, cắt dòng ngắn mạch và cắt dòng điện điện cảm nhỏ. Việc nghiên cứu và hiểu rõ các nguyên nhân này là rất quan trọng để đảm bảo an toàn và ổn định cho hệ thống điện.

1.1. Nguyên Nhân Phát Sinh Quá Điện Áp Nội Bộ

Các nguyên nhân gây ra quá điện áp nội bộ rất đa dạng. Thao tác đóng cắt điện, giải trừ và khắc phục sự cố, đóng cắt điện theo kế hoạch, tự động đóng lại (TĐL) đều có thể gây ra quá điện áp. Ngoài ra, quá điện áp khí quyển do sét đánh cũng là một nguyên nhân quan trọng. Tuy nhiên, quá điện áp nội bộ thường khó nhận biết hơn và ít được nhắc đến trong các nhật ký vận hành khi ghi về các nguyên nhân sự cố. Hệ thống điện được xem như một tổng thể gồm các phần tử R, L, C hình thành mạch dao động. Khi trong hệ thống điện có các tác động làm thay đổi chế độ làm việc mới gây ra sự dao động năng lượng điện từ mà hậu quả của nó là gây ra quá điện áp nội bộ trong hệ thống điện.

1.2. Phân Loại Quá Điện Áp Nội Bộ Trong Trạm Biến Áp

Quá điện áp nội bộ có thể được phân loại dựa trên nguồn gốc và đặc điểm của chúng. Có quá điện áp thao tác phát sinh từ các thao tác đóng cắt, và quá điện áp tạm thời (TOV) kéo dài trong một khoảng thời gian ngắn. Mỗi loại quá điện áp này có thể gây ra những tác động khác nhau lên thiết bị điện. Việc phân loại giúp xác định các biện pháp bảo vệ phù hợp. Theo tài liệu gốc, quá điện áp nội bộ được phát sinh và duy trì dưới tác dụng của nguồn xoay chiều, thường khó nhận biết và phát hiện vỡ trong các nhật ký vận hành khi ghi về các nguyên nhân sự cố thì quá điện áp nội bộ không được nhắc tới trong các nguyên nhân liệt kê.

II. Vấn Đề Quá Điện Áp Nội Bộ Tại Trạm 220kV Thái Nguyên

Trạm biến áp 220kV Thái Nguyên đóng vai trò quan trọng trong hệ thống phân phối điện miền Bắc, cung cấp điện cho khu công nghiệp Gang Thép Thái Nguyên, khu công nghiệp Sông Công và các tỉnh lân cận. Tuy nhiên, trạm nằm trong khu vực có mật độ sét cao và hệ thống đường dây phân phối 35kV dài, cũ nát, dẫn đến suất sự cố lớn. Các sự cố này thường kèm theo dòng điện tăng cao và điện áp giảm thấp, gây hư hỏng thiết bị và có thể làm mất ổn định hệ thống. Do đó, việc nghiên cứu và đánh giá hệ thống bảo vệ quá điện áp cho trạm là rất cần thiết.

2.1. Tầm Quan Trọng Của Trạm Biến Áp 220kV Thái Nguyên

Trạm biến áp 220kV Thái Nguyên đóng vai trò then chốt trong việc cung cấp điện cho khu vực miền Bắc. Nhiệm vụ chính của trạm là cung cấp điện cho khu công nghiệp Gang Thép Thái Nguyên, khu công nghiệp Sông Công và cho các nhu cầu kinh tế, chính trị, dân sinh các tỉnh phía Bắc như: Bắc Giang, Cao Bằng, Bắc Cạn, Tuyên Quang, Hà Giang,… Do đó, việc đảm bảo hoạt động ổn định và an toàn của trạm là vô cùng quan trọng. Bất kỳ sự cố nào xảy ra tại trạm đều có thể gây ảnh hưởng lớn đến việc cung cấp điện cho khu vực.

2.2. Rủi Ro Quá Điện Áp Do Vị Trí Địa Lý Và Hạ Tầng

Vị trí địa lý của trạm biến áp 220kV Thái Nguyên, nằm trong khu vực miền núi có mật độ sét cao, làm tăng nguy cơ quá điện áp khí quyển. Bên cạnh đó, hệ thống đường dây phân phối phụ tải 35 kV dài và cũ nát cũng góp phần làm tăng suất sự cố. Các sự cố này thường kèm theo dòng điện tăng lên khá cao và điện áp giảm thấp, gây hư hỏng thiết bị và có thể làm mất ổn định hệ thống. Các chế độ làm việc không bình thường làm cho điện áp và tần số lệch khỏi giới hạn cho phép.

III. Đánh Giá Hệ Thống Chống Sét Van Trạm Biến Áp 220kV

Hệ thống chống sét van (MOV) đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ trạm biến áp khỏi quá điện áp. Việc đánh giá hiệu quả của hệ thống này bao gồm kiểm tra thông số kỹ thuật, khả năng đáp ứng với các loại quá điện áp khác nhau, và tình trạng bảo trì. Chống sét van cần được lựa chọn và lắp đặt đúng cách để đảm bảo khả năng bảo vệ tối ưu. Theo tài liệu, việc nghiên cứu hệ thống bảo vệ quá điện áp cho trạm biến áp là rất cần thiết. Bài luận văn này bước đầu đưa ra những đánh giá cho hệ thống bảo vệ quá áp cho trạm, trình bày phần mềm mô phỏng quá trình quá điện áp xảy ra trong trạm 220 kV Thái Nguyên.

3.1. Vai Trò Của Chống Sét Van Trong Bảo Vệ Quá Điện Áp

Chống sét van là thiết bị quan trọng nhất trong hệ thống bảo vệ quá điện áp. Chức năng chính của chống sét van là hạn chế biên độ quá điện áp bằng cách dẫn dòng điện quá áp xuống đất. Khi điện áp vượt quá ngưỡng cho phép, chống sét van sẽ chuyển sang trạng thái dẫn điện, tạo đường dẫn cho dòng điện quá áp và bảo vệ các thiết bị khác khỏi bị hư hỏng. Sau khi điện áp trở lại bình thường, chống sét van sẽ tự động trở về trạng thái cách điện.

3.2. Kiểm Tra Và Đánh Giá Thông Số Kỹ Thuật Chống Sét Van

Việc kiểm tra và đánh giá thông số kỹ thuật của chống sét van là rất quan trọng để đảm bảo khả năng bảo vệ hiệu quả. Các thông số cần kiểm tra bao gồm điện áp định mức, dòng điện xả định mức, điện áp dư, và khả năng chịu đựng xung sét. Các thông số này cần phải phù hợp với cấp điện áp và đặc điểm của hệ thống điện. Ngoài ra, cần kiểm tra tình trạng vật lý của chống sét van để phát hiện các dấu hiệu hư hỏng như nứt vỡ, rò rỉ.

IV. Mô Phỏng Quá Điện Áp Nội Bộ Bằng Phần Mềm ATP EMTP

Phần mềm ATP-EMTP là công cụ mạnh mẽ để mô phỏng quá trình quá độ điện từ trong hệ thống điện. Việc sử dụng phần mềm này cho phép xác định độ lớn và dạng sóng của quá điện áp tại các vị trí khác nhau trong trạm biến áp. Kết quả mô phỏng giúp đánh giá hiệu quả của hệ thống bảo vệ và đưa ra các giải pháp cải thiện. Theo tài liệu gốc, bài luận văn này trình bày phần mềm mô phỏng quá trình quá điện áp xảy ra trong trạm 220 kV Thái Nguyên.

4.1. Giới Thiệu Phần Mềm Mô Phỏng ATP EMTP

ATP-EMTP (Alternative Transients Program - Electromagnetic Transients Program) là một phần mềm mô phỏng mạnh mẽ được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực kỹ thuật điện. Phần mềm này cho phép mô phỏng các quá trình quá độ điện từ trong hệ thống điện, bao gồm quá điện áp, quá dòng, và các hiện tượng chuyển mạch. ATP-EMTP có khả năng mô phỏng các hệ thống phức tạp với độ chính xác cao, giúp các kỹ sư điện phân tích và thiết kế hệ thống điện một cách hiệu quả.

4.2. Xây Dựng Mô Hình Trạm Biến Áp 220kV Trong ATP EMTP

Để mô phỏng quá điện áp trong trạm biến áp 220kV bằng ATP-EMTP, cần xây dựng một mô hình chi tiết của trạm. Mô hình này bao gồm các thành phần chính như máy biến áp, đường dây, máy cắt, chống sét van, và các thiết bị bảo vệ khác. Các thông số kỹ thuật của các thành phần này cần được nhập vào phần mềm một cách chính xác để đảm bảo kết quả mô phỏng có độ tin cậy cao. Sơ đồ nguyên lý trạm biến áp 220 Kv được mô phỏng bằng atpdraw.

4.3. Phân Tích Kết Quả Mô Phỏng Và Đánh Giá Hiệu Quả

Sau khi hoàn thành mô phỏng, cần phân tích kết quả để đánh giá hiệu quả của hệ thống bảo vệ quá điện áp. Kết quả mô phỏng cho thấy độ lớn và dạng sóng của quá điện áp tại các vị trí khác nhau trong trạm. Dựa trên kết quả này, có thể xác định được liệu hệ thống bảo vệ có đáp ứng được yêu cầu hay không, và cần có những cải thiện gì để nâng cao hiệu quả bảo vệ. Đánh giá vai trò của chống sét van đặt trong trạm.

V. Giải Pháp Hạn Chế Quá Điện Áp Nội Bộ Trạm 220kV Thái Nguyên

Ngoài việc sử dụng chống sét van, còn có nhiều biện pháp khác để hạn chế quá điện áp nội bộ. Các biện pháp này bao gồm lựa chọn thời điểm đóng máy cắt phù hợp, sử dụng điện trở nối đất, và lắp đặt cuộn kháng hạn chế dòng ngắn mạch. Việc kết hợp nhiều biện pháp có thể mang lại hiệu quả bảo vệ tốt hơn. Theo tài liệu, có thể hạn chế quá điện áp nội bộ bằng việc lựa chọn thời điểm đóng máy cắt.

5.1. Lựa Chọn Thời Điểm Đóng Máy Cắt Để Giảm Quá Điện Áp

Thời điểm đóng máy cắt có ảnh hưởng lớn đến độ lớn của quá điện áp. Việc lựa chọn thời điểm đóng máy cắt phù hợp có thể giúp giảm thiểu quá điện áp. Thông thường, nên tránh đóng máy cắt vào thời điểm điện áp đạt giá trị đỉnh. Các máy cắt hiện đại thường được trang bị bộ điều khiển cho phép lựa chọn thời điểm đóng tối ưu.

5.2. Sử Dụng Điện Trở Nối Đất Để Hạn Chế Quá Điện Áp

Điện trở nối đất có tác dụng hạn chế dòng điện sự cố chạm đất, từ đó giảm thiểu quá điện áp. Giá trị của điện trở nối đất cần được lựa chọn phù hợp với đặc điểm của hệ thống điện. Việc sử dụng điện trở nối đất là một biện pháp hiệu quả để bảo vệ thiết bị điện khỏi quá điện áp do sự cố chạm đất.

VI. Kết Luận Và Hướng Phát Triển Nghiên Cứu Bảo Vệ Quá Điện Áp

Nghiên cứu và đánh giá hệ thống bảo vệ quá điện áp cho trạm biến áp 220kV Thái Nguyên là rất quan trọng để đảm bảo an toàn và ổn định cho hệ thống điện. Việc sử dụng phần mềm ATP-EMTP giúp mô phỏng và phân tích quá trình quá độ điện từ một cách hiệu quả. Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các giải pháp bảo vệ quá điện áp tiên tiến hơn, phù hợp với sự phát triển của hệ thống điện. Theo tài liệu gốc, bài luận văn này bước đầu đưa ra những đánh giá cho hệ thống bảo vệ quá áp cho trạm, trình bày phần mềm mô phỏng quá trình quá điện áp xảy ra trong trạm 220 kV Thái Nguyên. Tuy nhiên còn giới hạn về nhiều mặt, luận văn không tránh khỏi những thiếu sót nên rất mong các Thầy, Cô đóng góp để nội dung bài luận văn được hoàn thiện hơn.

6.1. Tóm Tắt Kết Quả Nghiên Cứu Và Đánh Giá

Nghiên cứu đã đánh giá hệ thống bảo vệ quá điện áp hiện tại của trạm biến áp 220kV Thái Nguyên, sử dụng phần mềm ATP-EMTP để mô phỏng các tình huống quá điện áp khác nhau. Kết quả cho thấy hệ thống bảo vệ hiện tại có khả năng bảo vệ trạm khỏi một số loại quá điện áp, nhưng vẫn còn một số hạn chế cần được khắc phục. Cần có những cải thiện để nâng cao hiệu quả bảo vệ và đảm bảo an toàn cho trạm.

6.2. Hướng Nghiên Cứu Và Phát Triển Trong Tương Lai

Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các giải pháp bảo vệ quá điện áp tiên tiến hơn, phù hợp với sự phát triển của hệ thống điện. Các hướng nghiên cứu có thể bao gồm sử dụng các thiết bị bảo vệ thông minh, áp dụng các phương pháp điều khiển linh hoạt, và phát triển các mô hình mô phỏng chính xác hơn. Việc hợp tác giữa các nhà nghiên cứu, các nhà sản xuất thiết bị, và các đơn vị vận hành hệ thống điện là rất quan trọng để đạt được những tiến bộ trong lĩnh vực này.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển kinh tế nhanh chóng, nhu cầu tiêu thụ điện tại Việt Nam ngày càng tăng, đặc biệt trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa và hội nhập kinh tế khu vực. Hệ thống điện Việt Nam đã có những bước phát triển mạnh mẽ nhằm đảm bảo cung cấp điện an toàn, ổn định. Trạm biến áp 220 kV Thái Nguyên đóng vai trò quan trọng trong hệ thống phân phối điện miền Bắc, cung cấp điện cho các khu công nghiệp lớn như Gang Thép Thái Nguyên, Sông Công và các tỉnh phía Bắc như Bắc Giang, Cao Bằng, Bắc Kạn, Tuyên Quang, Hà Giang. Tuy nhiên, trạm nằm trong khu vực miền núi có mật độ sét cao, hệ thống đường dây phân phối phụ tải 35 kV dài và cũ kỹ, dẫn đến suất sự cố lớn, gây ra các hiện tượng quá điện áp nội bộ ảnh hưởng nghiêm trọng đến độ tin cậy và tuổi thọ thiết bị.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là đánh giá và nghiên cứu hệ thống bảo vệ quá điện áp nội bộ cho trạm biến áp 220 kV Thái Nguyên, nhằm nâng cao hiệu quả vận hành, giảm thiểu sự cố và tăng độ ổn định của hệ thống điện. Nghiên cứu tập trung vào phân tích các nguyên nhân phát sinh quá điện áp nội bộ, mô phỏng quá trình quá độ điện áp bằng phần mềm ATP-EMTP, đồng thời đề xuất các giải pháp bảo vệ phù hợp. Phạm vi nghiên cứu bao gồm trạm biến áp 220 kV Thái Nguyên và các thiết bị bảo vệ liên quan, với dữ liệu thu thập trong giai đoạn gần đây.

Ý nghĩa của nghiên cứu được thể hiện qua việc giảm thiểu các sự cố quá điện áp nội bộ, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, bảo vệ thiết bị khỏi hư hỏng do quá áp, từ đó góp phần đảm bảo an toàn và ổn định cho hệ thống điện miền Bắc, phục vụ phát triển kinh tế xã hội bền vững.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về quá điện áp nội bộ trong hệ thống điện, bao gồm:

• Lý thuyết quá điện áp nội bộ: Quá điện áp nội bộ phát sinh do các thao tác đóng cắt, tự động đóng lại đường dây, cắt bộ tụ điện, và các hiện tượng dao động điện từ trong mạch RLC của hệ thống điện. Quá điện áp này bao gồm thành phần cưỡng bức và thành phần dao động tự do với tần số cao hơn tần số nguồn.

• Mô hình mạch dao động RLC: Hệ thống điện được mô phỏng như mạch dao động gồm điện trở (R), điện cảm (L) và điện dung (C), trong đó các biến đổi tham số mạch do thao tác đóng cắt gây ra sự dao động năng lượng điện từ, dẫn đến quá điện áp.

• Mô hình bảo vệ quá điện áp: Bao gồm các thiết bị như khe hở phóng điện, chống sét van SiC và ZnO, với đặc tính điện trở phi tuyến và khả năng dập hồ quang, nhằm hạn chế và bảo vệ thiết bị khỏi quá điện áp.

• Phần mềm mô phỏng ATP-EMTP: Sử dụng chương trình mô phỏng quá độ điện từ ATP-EMTP để phân tích các hiện tượng quá điện áp nội bộ, mô phỏng các thao tác đóng cắt, tự động đóng lại, và đánh giá hiệu quả các thiết bị bảo vệ.

Các khái niệm chính được sử dụng gồm: quá điện áp nội bộ, dao động quá độ, điện trở phi tuyến, chống sét van, tự động đóng lại (TĐL), và mô phỏng quá độ điện từ.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp kết hợp giữa phân tích lý thuyết, thu thập số liệu thực tế và mô phỏng trên phần mềm ATP-EMTP. Cụ thể:

• Nguồn dữ liệu: Số liệu kỹ thuật và vận hành của trạm biến áp 220 kV Thái Nguyên, bao gồm thông số máy biến áp, đường dây, thiết bị bảo vệ, và các sự cố quá điện áp nội bộ được ghi nhận trong thời gian gần đây.

• Phương pháp phân tích: Mô hình hóa hệ thống điện và các thiết bị bảo vệ trên phần mềm ATP-EMTP, mô phỏng các hiện tượng quá điện áp nội bộ như đóng đường dây không tải, cắt bộ tụ điện, tự động đóng lại đường dây. Phân tích kết quả mô phỏng để xác định mức độ quá điện áp, thời gian tồn tại và ảnh hưởng đến thiết bị.

• Cỡ mẫu và chọn mẫu: Nghiên cứu tập trung vào trạm biến áp 220 kV Thái Nguyên với các thiết bị chính và các ngăn lộ liên quan, đảm bảo tính đại diện cho hệ thống điện miền Bắc. Các trường hợp mô phỏng được lựa chọn dựa trên các tình huống vận hành và sự cố phổ biến.

• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong vòng hai năm, từ thu thập số liệu, phân tích lý thuyết, mô phỏng đến đánh giá và đề xuất giải pháp.

Phương pháp nghiên cứu đảm bảo tính khoa học, chính xác và khả năng ứng dụng thực tiễn cao trong vận hành và bảo vệ hệ thống điện.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Mức quá điện áp nội bộ khi đóng đường dây không tải: Mô phỏng cho thấy điện áp tại cuối đường dây hở mạch có thể tăng lên đến khoảng 1,5 lần điện áp định mức, với thành phần dao động tự do có tần số cao hơn tần số nguồn. Điện áp quá độ này kéo dài trong khoảng 0,1 giây, đủ để gây ảnh hưởng đến thiết bị cách điện.

2. Quá điện áp do cắt bộ tụ điện: Kết quả mô phỏng chỉ ra điện áp trên tụ điện có thể đạt đến 3-5 lần điện áp định mức trong quá trình hồ quang cháy lại, gây ra dao động điện áp lớn và kéo dài nhiều chu kỳ tần số công nghiệp. Điều này làm tăng nguy cơ hư hỏng máy cắt và tụ điện.

3. Ảnh hưởng của tự động đóng lại đường dây (TĐL): Khoảng 80-90% sự cố do hồ quang điện thoáng qua, việc sử dụng TĐL giúp khôi phục nhanh điện áp, tuy nhiên quá trình đóng lại có thể tạo ra quá điện áp với biên độ lên đến 1,3 lần điện áp định mức, đặc biệt khi thời gian đóng lại ngắn (khoảng 0,4 giây).

4. Hiệu quả của các thiết bị bảo vệ quá điện áp: Chống sét van ZnO có đặc tính điện trở phi tuyến thấp (hệ số van α = 0,02-0,03), cho phép nối trực tiếp với dây pha, dòng rò qua nhỏ hơn 10 mA, năng lực hấp thụ năng lượng cao và tuổi thọ dài, phù hợp bảo vệ cho trạm biến áp và đường dây cao áp. Trong khi đó, chống sét van SiC có năng lực dập hồ quang hạn chế, chỉ phù hợp phối hợp bảo vệ trong các lưới có dòng ngắn mạch chạm đất nhỏ.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của quá điện áp nội bộ là do các thao tác đóng cắt, dao động năng lượng trong mạch RLC và hiện tượng hồ quang cháy lại. Mức quá điện áp vượt quá giới hạn cho phép có thể gây phóng điện trên cách điện, làm giảm tuổi thọ thiết bị và gây mất ổn định hệ thống. Kết quả mô phỏng trên ATP-EMTP phù hợp với các nghiên cứu trong ngành, khẳng định tính chính xác của mô hình.

Việc sử dụng chống sét van ZnO với đặc tính điện trở phi tuyến thấp giúp giảm dòng rò và tăng hiệu quả bảo vệ, đồng thời giảm áp lực lên cách điện và thiết bị trong trạm. So với chống sét van SiC, ZnO có ưu thế vượt trội về khả năng chịu dòng ngắn mạch và tuổi thọ, phù hợp với điều kiện khí hậu và môi trường tại Thái Nguyên.

Biểu đồ điện áp quá độ mô phỏng trên ATP-EMTP thể hiện rõ các đỉnh điện áp tại các thời điểm đóng cắt, giúp xác định chính xác thời điểm và mức độ quá điện áp để thiết kế hệ thống bảo vệ phù hợp. Bảng số liệu điện áp lớn nhất tại các vị trí trong trạm cho thấy sự phân bố điện áp và điểm cần tập trung bảo vệ.

Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn cao, giúp nâng cao độ tin cậy vận hành trạm biến áp 220 kV Thái Nguyên, giảm thiểu sự cố và tổn thất thiết bị do quá điện áp nội bộ.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai lắp đặt chống sét van ZnO cho toàn bộ các ngăn lộ và thiết bị quan trọng trong trạm nhằm giảm thiểu quá điện áp nội bộ, nâng cao độ bền cách điện và tuổi thọ thiết bị. Thời gian thực hiện trong vòng 12 tháng, do Ban quản lý trạm phối hợp với nhà cung cấp thiết bị thực hiện.

2. Áp dụng phần mềm mô phỏng ATP-EMTP trong công tác vận hành và bảo trì để dự báo và đánh giá các hiện tượng quá điện áp nội bộ, từ đó có biện pháp xử lý kịp thời. Đào tạo nhân viên kỹ thuật trong 6 tháng để sử dụng thành thạo phần mềm.

3. Tối ưu hóa quy trình tự động đóng lại đường dây (TĐL) bằng cách điều chỉnh thời gian đóng lại phù hợp (khoảng 0,4-0,6 giây) nhằm hạn chế quá điện áp phát sinh, đồng thời phối hợp với thiết bị bảo vệ để giảm thiểu sự cố lan rộng. Chủ thể thực hiện là đội vận hành trạm và phòng kỹ thuật.

4. Nâng cấp và bảo dưỡng định kỳ hệ thống máy cắt, tụ bù và thiết bị bảo vệ quá điện áp nhằm đảm bảo hoạt động ổn định, giảm thiểu hiện tượng hồ quang cháy lại và quá điện áp kéo dài. Lịch bảo dưỡng định kỳ 6 tháng một lần, do phòng kỹ thuật trạm thực hiện.

5. Xây dựng hệ thống giám sát điện áp và dòng điện theo thời gian thực để phát hiện sớm các hiện tượng quá điện áp nội bộ, hỗ trợ công tác vận hành và xử lý sự cố nhanh chóng. Thời gian triển khai dự kiến 18 tháng, phối hợp với đơn vị công nghệ thông tin và nhà thầu thiết bị.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư vận hành và bảo trì trạm biến áp: Nghiên cứu cung cấp kiến thức chuyên sâu về quá điện áp nội bộ và các thiết bị bảo vệ, giúp nâng cao hiệu quả vận hành, giảm thiểu sự cố và kéo dài tuổi thọ thiết bị.

2. Chuyên gia thiết kế hệ thống điện và bảo vệ: Tham khảo các mô hình mô phỏng quá độ điện từ và đánh giá hiệu quả thiết bị bảo vệ để thiết kế hệ thống điện an toàn, ổn định và tiết kiệm chi phí.

3. Nhà quản lý và hoạch định chính sách ngành điện: Hiểu rõ các nguyên nhân và giải pháp bảo vệ quá điện áp nội bộ, từ đó xây dựng các quy định, tiêu chuẩn kỹ thuật phù hợp nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp điện.

4. Giảng viên và sinh viên ngành kỹ thuật điện: Tài liệu nghiên cứu chi tiết về lý thuyết, mô hình và ứng dụng phần mềm mô phỏng ATP-EMTP, phục vụ giảng dạy và nghiên cứu khoa học trong lĩnh vực kỹ thuật điện.

Câu hỏi thường gặp

1. Quá điện áp nội bộ là gì và tại sao nó nguy hiểm?
   Quá điện áp nội bộ là hiện tượng điện áp vượt quá mức định mức do các thao tác đóng cắt, dao động trong hệ thống điện. Nó gây phóng điện trên cách điện, làm giảm tuổi thọ thiết bị và có thể gây mất ổn định hệ thống điện.

2. Phần mềm ATP-EMTP được sử dụng như thế nào trong nghiên cứu này?
   ATP-EMTP mô phỏng quá trình quá độ điện từ trong hệ thống điện, giúp phân tích các hiện tượng quá điện áp nội bộ, đánh giá hiệu quả thiết bị bảo vệ và dự báo sự cố, từ đó hỗ trợ thiết kế và vận hành hệ thống.

3. Chống sét van ZnO có ưu điểm gì so với loại SiC?
   Chống sét van ZnO có hệ số điện trở phi tuyến thấp, dòng rò nhỏ, năng lực chịu dòng ngắn mạch cao, tuổi thọ dài và không cần chuỗi khe hở khí, phù hợp bảo vệ cho trạm biến áp và đường dây cao áp trong nhiều điều kiện môi trường.

4. Tự động đóng lại đường dây (TĐL) ảnh hưởng thế nào đến quá điện áp?
   TĐL giúp khôi phục nhanh điện áp sau sự cố thoáng qua, nhưng quá trình đóng lại có thể tạo ra quá điện áp với biên độ khoảng 1,3 lần điện áp định mức, cần điều chỉnh thời gian đóng lại để hạn chế ảnh hưởng này.

5. Làm thế nào để giảm thiểu sự cố do quá điện áp nội bộ tại trạm biến áp?
   Có thể giảm thiểu bằng cách sử dụng thiết bị bảo vệ phù hợp như chống sét van ZnO, tối ưu hóa quy trình vận hành đóng cắt, bảo dưỡng định kỳ thiết bị, và áp dụng mô phỏng để dự báo và xử lý kịp thời các hiện tượng quá điện áp.

Kết luận

• Quá điện áp nội bộ là nguyên nhân chính gây hư hỏng thiết bị và mất ổn định hệ thống điện tại trạm biến áp 220 kV Thái Nguyên.
• Mô phỏng bằng phần mềm ATP-EMTP cho phép phân tích chi tiết các hiện tượng quá điện áp và đánh giá hiệu quả các thiết bị bảo vệ.
• Chống sét van ZnO được xác định là thiết bị bảo vệ hiệu quả, phù hợp với điều kiện vận hành và môi trường tại trạm.
• Các giải pháp đề xuất bao gồm lắp đặt thiết bị bảo vệ, tối ưu hóa quy trình vận hành và nâng cấp hệ thống giám sát điện áp.
• Nghiên cứu góp phần nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, bảo vệ thiết bị và ổn định hệ thống điện miền Bắc.

Next steps: Triển khai các giải pháp bảo vệ, đào tạo nhân viên sử dụng phần mềm mô phỏng, và tiếp tục nghiên cứu mở rộng phạm vi ứng dụng cho các trạm biến áp khác.

Call-to-action: Các đơn vị quản lý và vận hành trạm biến áp nên áp dụng kết quả nghiên cứu để nâng cao hiệu quả bảo vệ và vận hành hệ thống điện, đồng thời phối hợp nghiên cứu phát triển các giải pháp mới phù hợp với xu thế công nghệ hiện đại.