Nghiên Cứu, Đánh Giá Hệ Thống Bảo Vệ Quá Điện Áp Nội Bộ Cho 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

• LỜI CAM ĐOAN
• 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

I. Tổng Quan về Quá Điện Áp Nội Bộ Nguyên Nhân và Ảnh Hưởng

Trong hệ thống điện, các nguyên nhân bất thường như thao tác đóng cắt, giải trừ sự cố, hoặc sét đánh có thể gây ra quá điện áp. Quá điện áp khí quyển thường nguy hiểm hơn do biên độ lớn. Tuy nhiên, quá điện áp nội bộ, phát sinh và duy trì dưới tác dụng của nguồn xoay chiều, lại thường khó nhận biết. Hệ thống điện được xem như một tổng thể RLC, hình thành mạch dao động. Các tác động làm thay đổi chế độ làm việc gây ra dao động năng lượng điện từ, dẫn đến quá điện áp nội bộ. Ví dụ, xuất hiện hoặc khắc phục ngắn mạch, đứt dây dẫn, hoặc thao tác đóng cắt có thể gây ra sự thay đổi tham số mạch điện, tạo ra dao động và quá điện áp.

1.1. Các Nguyên Nhân Chính Gây Quá Điện Áp Nội Bộ

Các nguyên nhân chính bao gồm chuyển mạch giữa các pha, chuyển mạch giữa các tiếp điểm, cắt đường dây non tải, đóng đường dây hở mạch, tự động đóng lặp lại, cắt tụ điện, cắt dòng điện ngắn mạch, và cắt các dòng điện điện cảm nhỏ. Các thao tác đóng cắt trong hệ thống có thể gây nên sự thay đổi tham số trong mạch điện và làm xuất hiện các quá điện áp quá độ bằng dao động trong mạch L-C. Những dao động này gây nên quá điện áp nội bộ hay gọi là quá điện áp thao tác.

1.2. Ảnh Hưởng của Quá Điện Áp Đến Tuổi Thọ Thiết Bị Trạm Biến Áp

Quá điện áp có thể gây hư hỏng cho thiết bị, giảm tuổi thọ thiết bị và gây 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, dẫn đến sự cố lan rộng. Do đó, việc nghiên cứu hệ thống bảo vệ quá điện áp là rất cần thiết để duy trì hoạt động bình thường và hạn chế thiệt hại.

II. Thách Thức Bảo Vệ 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. 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… 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, cũ nát nên suất sự cố lớn. 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.

2.1. Vấn Đề Sét Đánh và Ảnh Hưởng Đến Hệ Thống Bảo Vệ

Khu vực miền núi có mật độ sét cao tạo ra thách thức lớn cho hệ thống bảo vệ quá điện áp. Sét đánh trực tiếp hoặc lan truyền có thể gây ra sóng quá điện áp lớn, vượt quá khả năng chịu đựng của thiết bị. Điều này đòi hỏi hệ thống bảo vệ phải có khả năng phản ứng nhanh và hiệu quả.

2.2. Hệ Thống Đường Dây Phân Phối Cũ Nát Nguyên Nhân Gây Ra Sự Cố

Hệ thống đường dây phân phối 35kV dài và cũ nát làm tăng nguy cơ xảy ra sự cố, đặc biệt là sự cố quá điện áp. Các đường dây này có thể bị hỏng do nhiều nguyên nhân, gây ra dòng điện tăng cao và điện áp giảm thấp, ảnh hưởng đến hoạt động của trạm.

2.3. Yêu cầu về một hệ thống bảo vệ quá điện áp trạm biến áp hiệu quả

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. Vì vậy việc nghiên cứu hệ thống bảo vệ quá điện áp cho trạm biến áp là rất cần thiết.

III. Nghiên Cứu Bảo Vệ Quá Điện Áp bằng Mô Phỏng ATP EMTP

Để nghiên cứu bảo vệ quá điện áp, phần mềm ATP-EMTP (Electro-Magnetic Transients Program) được sử dụng. ATP-EMTP cho phép mô phỏng quá trình quá độ điện từ trong hệ thống điện. Nó giúp xác định độ lớn và dạng sóng quá điện áp tại các vị trí khác nhau trong trạm. Mô phỏng giúp đánh giá hiệu quả của các thiết bị bảo vệ như chống sét van và đưa ra các giải pháp giảm thiểu quá điện áp.

3.1. Giới Thiệu về Phần Mềm ATP EMTP và Ứng Dụng

ATP-EMTP là một công cụ mạnh mẽ để phân tích các quá trình quá độ trong hệ thống điện. Nó có nhiều module để mô phỏng các thành phần khác nhau của hệ thống, từ đường dây truyền tải đến máy biến áp và thiết bị bảo vệ. Ứng dụng của ATP-EMTP giúp các kỹ sư hiểu rõ hơn về hành vi của hệ thống trong các điều kiện khác nhau.

3.2. Mô Phỏng Trạm Biến Áp 220kV bằng ATPDraw

ATPDraw là giao diện đồ họa cho ATP-EMTP, giúp người dùng dễ dàng xây dựng và mô phỏng sơ đồ mạch điện. Sơ đồ nguyên lý trạm biến áp 220kV được mô hình hóa trong ATPDraw, bao gồm các thành phần như nguồn điện áp, đường dây, máy biến áp, và máy cắt. Việc cài đặt thông số cho các thành phần này rất quan trọng để đảm bảo tính chính xác của kết quả mô phỏng.

3.3. Xác định thông số nguồn điện áp và nhánh đường dây

Từ tính toán trên ta thấy rằng điện áp và dòng điện trên đường dây tại một toạ độ l và thời gian t bất kỳ bao gồm hai thành phần sóng: Sóng từ đầu tới cuối đường dây (sóng tới ) Sóng ngược từ cuối đường dây trở về (sóng phản xạ). Khi đóng đường dây không tải vào nguồn xoay chiều thỡ súng điện áp lan truyền dọc đường dây, tới cuối đường dây gặp tổng trở vô cùng lớn (đường dây hở mạch) sẽ cho sóng phản xạ lan truyên ngược trở lại.

IV. Đánh Giá Vai Trò Chống Sét Van trong Bảo Vệ Quá Điện Áp

Chống sét van (CSV) là thiết bị quan trọng trong hệ thống bảo vệ quá điện áp. CSV có khả năng hạn chế điện áp quá độ bằng cách tạo ra đường dẫn có trở kháng thấp cho dòng điện quá điện áp xuống đất. Việc lựa chọn và lắp đặt CSV đúng cách có thể bảo vệ hiệu quả các thiết bị trong trạm. CSV có hai loại chính: CSV có khe hở SiC và CSV không khe hở ZnO. Loại ZnO được ưu tiên sử dụng hiện nay do đặc tính tốt hơn.

4.1. So sánh các loại Chống Sét Van SiC và ZnO

CSV có khe hở SiC (Silic Cacbua) và CSV không khe hở ZnO (Kẽm Oxit) có nguyên lý hoạt động khác nhau. CSV ZnO có đặc tính phi tuyến tốt hơn, khả năng dập quá điện áp nhanh hơn và tuổi thọ cao hơn so với CSV SiC. Vì vậy, CSV ZnO được sử dụng rộng rãi hơn trong các ứng dụng hiện đại.

4.2. Nhập thông số chống sét van để mô phỏng

Từ hệ phương trỡnh trờn thực hiện biến đổi Laplace với điều kiện đầu: Ip, l   0; Up, l  Ip,0  shγp l Zp  Up, l   Up, l chγp l E(p)  U(p,0)  pLi I(p,0) Xác định được điện áp tại cuối đường dây hở mạch có dạng :  u (l, t )  A od cos t   A k e  t cos k t k k 1

4.3. Đánh Giá Hiệu Quả CSV thông qua mô phỏng ATPDraw

Các khảo sát trên mô hình ATPDraw cho thấy điện áp tại cuối đường dây hở mạch do đóng đường dây không tải bao gồm 2 thành phần, một là thành phần cưỡng bức được quyết định bởi sức điện động nguồn, thành phần thứ 2 là thành phần dao động tự do tần số cao hơn tần số nguồn (hài)gây ra bởi sự trao đổi năng lượng của các thành phần R, L, C của mạch dao động.

V. Biện Pháp Giảm Quá Điện Áp Nội Bộ Cách Lựa Chọn và Áp Dụng

Ngoài việc sử dụng CSV, có nhiều biện pháp giảm quá điện áp nội bộ. Một trong số đó là lựa chọn thời điểm đóng máy cắt. Thời điểm đóng máy cắt ảnh hưởng lớn đến độ lớn của quá điện áp. Việc đóng máy cắt tại thời điểm thích hợp có thể giảm đáng kể quá điện áp. Các biện pháp khác bao gồm sử dụng điện trở nối đất, lắp đặt kháng điện, và sử dụng thiết bị điều khiển điện áp.

5.1. Hướng Dẫn Lựa Chọn Thời Điểm Đóng Máy Cắt Tối Ưu

Thời điểm đóng máy cắt nên được lựa chọn sao cho điện áp quá độ được giảm thiểu. Điều này có thể đạt được bằng cách sử dụng máy cắt có khả năng điều khiển thời điểm đóng, hoặc bằng cách tính toán và dự đoán thời điểm đóng phù hợp. Điều này giúp tối ưu hóa hiệu quả bảo vệ.

5.2. Áp Dụng Điện Trở Nối Đất để Hạn Chế Quá Điện Áp

Điện trở nối đất giúp hạn chế dòng điện sự cố và giảm quá điện áp trong hệ thống. Việc lựa chọn giá trị điện trở phù hợp là quan trọng để đảm bảo hiệu quả bảo vệ mà không gây ảnh hưởng đến hoạt động bình thường của hệ thống.

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

Nghiên cứu bảo vệ quá điện áp là một lĩnh vực quan trọng để đảm bảo hoạt động an toàn và tin cậy của trạm biến áp. Việc sử dụng phần mềm mô phỏng như ATP-EMTP và áp dụng các biện pháp giảm quá điện áp có thể cải thiện đáng kể độ tin cậy và tuổi thọ của thiết bị. Các hướng phát triển trong tương lai bao gồm nghiên cứu các thiết bị bảo vệ tiên tiến hơn, ứng dụng trí tuệ nhân tạo để dự đoán và phòng ngừa quá điện áp, và phát triển các giải pháp kinh tế và kỹ thuật hiệu quả.

6.1. Tổng Kết Kết Quả Nghiên Cứu và Ứng Dụng Thực Tế

Luận văn đã bước đầu đánh giá hệ thống bảo vệ quá áp cho trạm biến áp 220kV Thái Nguyên và trình bày phần mềm mô phỏng quá trình quá điện áp xảy ra trong trạm. Các kết quả nghiên cứu này có thể được ứng dụng trong thực tế để cải thiện hệ thống bảo vệ và giảm thiểu rủi ro sự cố.

6.2. Hướng Phát Triển Nghiên Cứu và Giải Pháp Tương Lai

Trong tương lai, cần tập trung vào việc nghiên cứu và phát triển các thiết bị bảo vệ tiên tiến hơn, ứng dụng trí tuệ nhân tạo để dự đoán và phòng ngừa quá điện áp, và phát triển các giải pháp kinh tế và kỹ thuật hiệu quả. Điều này sẽ giúp nâng cao độ tin cậy và an toàn của hệ thống điện.

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 và đáp ứng yêu cầu phát triển kinh tế - xã hội. Trạm biến áp 220 kV Thái Nguyên là một trong những trạm biến áp quan trọng thuộc Công ty Truyền tải điện I, đóng vai trò trung tâm 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 biến áp này nằm trong khu vực miền núi có mật độ sét cao, cùng với hệ thống đường dây phân phối phụ tải 35 kV dài và cũ kỹ, dẫn đến suất sự cố lớn. Các sự cố thường đi kèm với dòng điện tăng cao và điện áp giảm thấp, gây hư hỏng thiết bị và làm mất ổn định hệ thống điện. Quá điện áp nội bộ là một trong những nguyên nhân chính gây ra các sự cố này, ảnh hưởng trực tiếp đến độ tin cậy và tuổi thọ thiết bị. Do đó, việc nghiên cứu, đánh giá và đề xuất giải pháp bảo vệ quá điện áp nội bộ cho trạm biến áp 220 kV Thái Nguyên là rất cần thiết.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là phân tích các nguyên nhân phát sinh quá điện áp nội bộ, đánh giá hiệu quả của hệ thống bảo vệ hiện tại và đề xuất các giải pháp kỹ thuật nhằm hạn chế quá điện áp, đảm bảo vận hành an toàn, ổn định cho trạm biến áp trong giai đoạn từ năm 2015 đến 2017. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, giảm thiểu sự cố và kéo dài tuổi thọ thiết bị, góp phần phát triển bền vững hệ thống điện miền Bắc.

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), tạo ra các dao động điện áp quá độ khi có sự thay đổi chế độ làm việc.

• Lý thuyết bảo vệ quá điện áp: Bao gồm các thiết bị bảo vệ 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 ngăn ngừa quá điện áp gây hư hại thiết bị.

• Mô hình mô phỏng quá độ điện từ ATP-EMTP: Sử dụng phần mềm ATP-EMTP để mô phỏng các hiện tượng quá độ điện từ trong hệ thống điện, bao gồm đóng cắt máy cắt, dao động điện áp, và hiệu quả của các thiết bị bảo vệ.

Các khái niệm chính được sử dụng gồm: quá điện áp nội bộ, quá điện áp thao tác, dao động điện từ, điện trở phi tuyến, chống sét van, tự động đóng lại đường dây (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:

• 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, thiết bị bảo vệ, dữ liệu sự cố và điện áp đo đạc tại các vị trí khác nhau trong trạm.

• Phương pháp phân tích: Mô phỏng quá trình quá độ điện từ trong trạm biến áp bằng phần mềm ATP-EMTP, phân tích các hiện tượng quá điện áp do đóng cắt đường dây không tải, cắt bộ tụ điện và tự động đóng lại đường dây. Đánh giá hiệu quả của các thiết bị bảo vệ quá điện áp như khe hở phóng điện, chống sét van SiC và ZnO.

• Cỡ mẫu và chọn mẫu: Mô hình mô phỏng được xây dựng dựa trên sơ đồ nguyên lý và thông số kỹ thuật của trạm biến áp, các thiết bị bảo vệ và đường dây liên quan. Các trường hợp mô phỏng được lựa chọn đại diện cho các tình huống vận hành và sự cố phổ biến.

• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian từ năm 2015 đến 2017, bao gồm thu thập số liệu, xây dựng mô hình mô phỏng, phân tích kết quả và đề xuất giải pháp.

Phương pháp luận này cho phép đánh giá chính xác các hiện tượng quá điện áp nội bộ và hiệu quả của hệ thống bảo vệ, từ đó đưa ra các khuyến nghị phù hợp với điều kiện thực tế của trạm biến áp 220 kV Thái Nguyên.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Quá điện áp do đóng đường dây không tải: Mô phỏng cho thấy điện áp tại cuối đường dây hở mạch có thể tăng lên đến khoảng 2,5 lần điện áp định mức trong trường hợp đóng đường dây không tải vào thời điểm gần giá trị đỉnh của nguồn. Quá điện áp này bao gồm thành phần cưỡng bức và dao động tự do với tần số cao hơn tần số nguồn, gây áp lực lớn lên cách điện và thiết bị.

2. Quá điện áp do cắt bộ tụ điện: Kết quả mô phỏng chỉ ra rằng điện áp trên tụ điện có thể đạt đến 3-5 lần điện áp định mức trong quá trình cắt, đặc biệt khi hồ quang cháy lại giữa các tiếp điểm máy cắt. Hiện tượng này gây ra dao động điện áp lớn và kéo dài, làm tăng nguy cơ hư hỏng thiết bị.

3. Ảnh hưởng của tự động đóng lại đường dây (TĐL): Khoảng 80-90% sự cố trên đường dây do hồ quang điện thoáng qua, việc sử dụng thiết bị TĐL giúp khôi phục nhanh chóng cung cấp điện. Tuy nhiên, quá trình tự động đóng lại có thể tạo ra quá điện áp quá độ với biên độ lớn, đặc biệt khi đóng lại vào thời điểm điện áp nguồn cao, làm tăng nguy cơ quá áp nội bộ.

4. Hiệu quả của các thiết bị bảo vệ quá điện áp: So sánh giữa khe hở phóng điện, chống sét van SiC và ZnO cho thấy:

   • Chống sét van ZnO có đặc tính điện trở phi tuyến thấp hơn 10 lần so với SiC, cho phép nối trực tiếp với dây pha mà không cần chuỗi khe hở, giảm dòng rò dưới 10 mA, phù hợp bảo vệ cho các thiết bị trong trạm biến áp và đường dây tải điện.

   • Chống sét van SiC có khả năng dập hồ quang hạn chế, chỉ phù hợp bảo vệ trong các lưới có dòng ngắn mạch chạm đất nhỏ hoặc phối hợp với thiết bị TĐL.

   • Khe hở phóng điện đơn giản, chi phí thấp nhưng không có khả năng dập hồ quang, chỉ dùng trong các lưới điện đặc thù.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của quá điện áp nội bộ là do các thao tác đóng cắt và dao động điện từ trong mạch RLC của hệ thống điện. Các kết quả mô phỏng phù hợp với các nghiên cứu trong ngành, khẳng định tính phức tạp và nguy hiểm của quá điện áp nội bộ đối với vận hành hệ thống điện.

Việc sử dụng phần mềm ATP-EMTP cho phép mô phỏng chi tiết các hiện tượng quá độ điện từ, giúp đánh giá chính xác biên độ và thời gian tồn tại của quá điện áp, từ đó đề xuất các giải pháp bảo vệ hiệu quả. Biểu đồ điện áp tại các vị trí khác nhau trong trạm biến áp thể hiện rõ sự biến thiên điện áp quá độ, hỗ trợ trực quan cho việc phân tích.

So với các nghiên cứu trước đây, luận văn đã cập nhật số liệu thực tế của trạm biến áp 220 kV Thái Nguyên, đồng thời đánh giá cụ thể hiệu quả của các thiết bị bảo vệ hiện có. Kết quả cho thấy cần ưu tiên sử dụng chống sét van ZnO với đặc tính ưu việt, đồng thời kết hợp với các biện pháp vận hành hợp lý để hạn chế quá điện áp.

Ý nghĩa của nghiên cứu là góp phần nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, giảm thiểu sự cố và kéo dài tuổi thọ thiết bị, đặc biệt trong điều kiện địa lý và khí hậu đặc thù của khu vực miền núi có mật độ sét cao như Thái Nguyên.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Lắp đặt và sử dụng chống sét van ZnO cho các thiết bị chính trong trạm biến áp: Động từ hành động là "lắp đặt", mục tiêu giảm dòng rò và tăng khả năng dập hồ quang, thời gian thực hiện trong vòng 12 tháng, chủ thể thực hiện là Ban quản lý trạm và Công ty Truyền tải điện I.

2. Tối ưu hóa thời điểm đóng cắt máy cắt để hạn chế quá điện áp: Đề xuất điều chỉnh góc đóng máy cắt nhằm giảm biên độ quá điện áp, mục tiêu giảm quá điện áp xuống dưới 1,5 lần điện áp định mức, thực hiện trong 6 tháng, chủ thể là đội vận hành trạm.

3. Áp dụng mô phỏng ATP-EMTP định kỳ để đánh giá và dự báo hiện tượng quá điện áp: Động từ hành động là "mô phỏng", mục tiêu phát hiện sớm các nguy cơ quá điện áp, thời gian thực hiện hàng năm, chủ thể là phòng kỹ thuật và nghiên cứu của trạm.

4. Nâng cao nhận thức và đào tạo chuyên sâu cho cán bộ vận hành về hiện tượng quá điện áp và biện pháp bảo vệ: Động từ hành động là "đào tạo", mục tiêu nâng cao kỹ năng xử lý sự cố, thời gian thực hiện 3 tháng/lần, chủ thể là Ban lãnh đạo trạm phối hợp với các chuyên gia kỹ thuật.

Các giải pháp trên cần được phối hợp đồng bộ để đảm bảo hiệu quả bảo vệ tối ưu, giảm thiểu sự cố và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho khu vực miền Bắc.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư vận hành và bảo trì trạm biến áp: Nắm bắt kiến thức về quá điện áp nội bộ và các thiết bị bảo vệ, áp dụng trong công tác vận hành, bảo trì nhằm giảm thiểu sự cố và kéo dài tuổi thọ thiết bị.

2. Chuyên gia thiết kế hệ thống điện và thiết bị bảo vệ: Sử dụng kết quả nghiên cứu để thiết kế hệ thống bảo vệ quá điện áp phù hợp với đặc điểm kỹ thuật và điều kiện vận hành thực tế của các trạm biến áp tương tự.

3. Nhà quản lý và hoạch định chính sách ngành điện: Tham khảo để xây dựng các quy định, tiêu chuẩn kỹ thuật và kế hoạch đầu tư nâng cấp hệ thống điện, đảm bảo an toàn và ổn định cung cấp điện.

4. Giảng viên và sinh viên ngành kỹ thuật điện: Là tài liệu tham khảo chuyên sâu về hiện tượng quá điện áp nội bộ, phương pháp mô phỏng và thiết bị bảo vệ, phục vụ cho nghiên cứu và giảng dạy.

Mỗi nhóm đối tượng có thể áp dụng các kiến thức và kết quả nghiên cứu để nâng cao hiệu quả công việc, từ vận hành thực tế đến nghiên cứu phát triển và quản lý hệ thống 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 hoặc sự cố trong hệ thống điện. Nó nguy hiểm vì có thể gây hư hỏng cách điện, thiết bị và làm mất ổn định hệ thống điện, dẫn đến sự cố lan rộng.

2. Thiết bị bảo vệ quá điện áp nào hiệu quả nhất cho trạm biến áp 220 kV?
   Chống sét van ZnO được đánh giá là hiệu quả nhất nhờ đặc tính điện trở phi tuyến thấp, khả năng dập hồ quang tốt và dòng rò nhỏ, phù hợp bảo vệ cho các thiết bị trong trạm biến áp và đường dây tải điện.

3. Phần mềm ATP-EMTP được sử dụng như thế nào trong nghiên cứu này?
   ATP-EMTP được dùng để mô phỏng các hiện tượng quá độ điện từ trong hệ thống điện, giúp phân tích chi tiết quá điện áp do đóng cắt, dao động điện áp và đánh giá hiệu quả của các thiết bị bảo vệ.

4. Tự động đóng lại đường dây (TĐL) có ảnh hưởng như thế nào đến quá điện áp?
   TĐL giúp khôi phục nhanh cung cấp điện sau sự cố thoáng qua nhưng cũng có thể tạo ra quá điện áp quá độ với biên độ lớn nếu đóng lại vào thời điểm điện áp nguồn cao, làm tăng nguy cơ hư hỏng thiết bị.

5. Làm thế nào để hạn chế quá điện áp nội bộ trong vận hành trạm biến áp?
   Có thể hạn chế bằng cách tối ưu hóa thời điểm đóng cắt máy cắt, sử dụng thiết bị bảo vệ phù hợp như chống sét van ZnO, áp dụng mô phỏng định kỳ để dự báo hiện tượng và đào tạo nhân viên vận hành nâng cao nhận thức.

Kết luận

• Quá điện áp nội bộ là nguyên nhân chính gây ra sự cố và hư hỏng thiết bị trong trạm biến áp 220 kV Thái Nguyên, ảnh hưởng đến độ tin cậy cung cấp điện.
• Mô phỏng bằng phần mềm ATP-EMTP cho thấy biên độ quá điện áp có thể lên đến 2,5-5 lần điện áp định mức tùy theo tình huống đóng cắt và thiết bị.
• Chống sét van ZnO được đánh giá là thiết bị bảo vệ hiệu quả nhất nhờ đặc tính điện trở phi tuyến thấp và khả năng dập hồ quang tốt.
• Các giải pháp đề xuất bao gồm lắp đặt chống sét van ZnO, tối ưu hóa thời điểm đóng cắt, mô phỏng định kỳ và đào tạo nhân viên vận hành.
• Nghiên cứu góp phần nâng cao độ tin cậy và an toàn vận hành trạm biến áp, đồng thời là tài liệu tham khảo quý giá cho các chuyên gia và nhà quản lý ngành điện.

Next steps: Triển khai các giải pháp đề xuất trong vòng 12 tháng, đồng thời tiếp tục nghiên cứu mở rộng phạm vi bảo vệ quá điện áp cho các trạm biến áp khác trong khu vực.

Call-to-action: Các đơn vị quản lý và vận hành trạm biến áp cần phối hợp chặt chẽ để áp dụng các giải pháp bảo vệ quá điện áp nhằm đảm bảo cung cấp điện ổn định và an toàn.