Nghiên cứu phối hợp đặc tính bảo vệ của các Recloser trong lưới điện phân phối 22 kV Điện lực Bỉm Sơn - Hà Trung, Công ty Điện lực Thanh Hóa

Đề án thạc sĩ phối hợp bảo vệ Recloser lưới 22 kV Điện lực Bỉm Sơn - Hà Trung Thanh Hóa

• Tác giả: Nguyễn Ái Vũ
• Người hướng dẫn: TS. Lê Tiên Phong
• Trường học: Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
• Đề tài: Nghiên cứu phối hợp đặc tính bảo vệ của các Recloser trong lưới điện phân phối 22 kV Điện lực Bỉm Sơn - Hà Trung, Công ty Điện lực Thanh Hóa
• Loại tài liệu: Đề án thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2025
• Địa điểm: Thái Nguyên

Tóm tắt

I. Tổng quan bảo vệ Recloser lưới điện 22 kV Bỉm Sơn Hà Trung

Lưới điện phân phối 22 kV do Điện lực Bỉm Sơn - Hà Trung quản lý đóng vai trò cung cấp điện cho nhiều phụ tải công nghiệp và sinh hoạt trọng điểm. Khu vực này có địa hình phức tạp, trải dài qua nhiều vùng nông thôn và khu công nghiệp. Do đó, nguy cơ phát sinh sự cố trên đường dây trên không tương đối cao. Phần lớn sự cố là sự cố thoáng qua do sét đánh hoặc va quẹt cây cối. Thiết bị Recloser giữ nhiệm vụ tự động cắt mạch khi có sự cố và đóng lặp lại theo chu trình định sẵn. Khi phối hợp bảo vệ chuẩn xác, Recloser hỗ trợ khôi phục cung cấp điện nhanh chóng cho các phân đoạn bình thường. Điều này giảm thiểu thời gian gián đoạn cung cấp điện cho khách hàng. Ngoài ra, việc kết nối hệ thống Recloser và dao cắt phụ tải LBS tạo nền tảng tự động hóa lưới điện phân phối. Công tác quản lý vận hành đòi hỏi các thiết bị rơ le phải vận hành đồng bộ và chính xác. Sự kết hợp giữa các Recloser đường dây và máy cắt đầu nguồn tại trạm biến áp 110 kV bảo đảm tính chọn lọc cao nhất.

1.1. Cấu trúc lưới phân phối 22 kV Bỉm Sơn Hà Trung

Lưới điện 22 kV khu vực Bỉm Sơn - Hà Trung nhận điện chủ yếu từ trạm biến áp 110 kV Bỉm Sơn và trạm 110 kV Hà Trung. Các xuất tuyến chính bao gồm lộ 471 và lộ 473 với chiều dài đường dây lớn. Cấu trúc lưới vận hành dạng hình tia nhưng có các liên kết mạch vòng qua dao cắt liên lạc LBS. Lộ 471 cấp điện cho nhiều cơ sở sản xuất vật liệu xây dựng và cụm công nghiệp. Trong khi đó, lộ 473 phục vụ khu dân cư và các cơ quan hành chính huyện Hà Trung. Đường dây đi qua các hành lang cây cối rậm rạp và vùng trũng thấp. Việc nắm vững sơ đồ mặt bằng và cấu trúc nhánh rẽ là điều kiện tiên quyết để tính toán bảo vệ rơ le.

1.2. Vai trò của Recloser trong nâng cao độ tin cậy

Recloser là thiết bị đóng cắt thông minh tích hợp cảm biến dòng điện và rơ le vi xử lý. Thiết bị có khả năng phát hiện sự cố, dập tắt hồ quang và thực hiện chu trình đóng lại tự động. Thống kê vận hành cho thấy hơn 80% sự cố trên lưới 22 kV Bỉm Sơn - Hà Trung có tính chất thoáng qua. Khi xuất hiện sự cố ngắn hạn, Recloser tác động ngắt mạch rồi đóng lại kịp thời. Dòng điện được khôi phục ngay lập tức mà không cần nhân viên vận hành thao tác thủ công. Nhờ đó, các chỉ tiêu độ tin cậy như SAIDI và SAIFI giảm đi rõ rệt. Recloser cũng hỗ trợ phân đoạn đường dây, cô lập chính xác nhánh hỏng hóc và giảm thiệt hại kinh tế.

II. Phân tích sự cố và bảo vệ Recloser lưới 22 kV Bỉm Sơn Hà Trung

Thực tế vận hành lưới điện phân phối 22 kV Bỉm Sơn - Hà Trung bộc lộ nhiều khó khăn trong phối hợp bảo vệ. Các tuyến đường dây có bán kính cấp điện dài và nhiều phân nhánh phức tạp. Dòng điện phụ tải thay đổi liên tục theo giờ cao điểm công nghiệp. Đồng thời, cấu hình lưới thường xuyên thay đổi để chuyển tải qua các điểm mở như dao phụ tải LBS MV 471/41. Khi xảy ra sự cố trên nhánh rẽ xa nguồn, dòng ngắn mạch bị suy giảm đáng kể bởi tổng trở đường dây lớn. Hiện tượng này khiến các rơ le phía thượng nguồn gặp khó khăn trong việc nhận diện vùng bảo vệ. Mặt khác, sự phối hợp thiếu đồng bộ giữa máy cắt đầu nguồn và các Recloser phân đoạn dẫn đến nguy cơ tác động vượt cấp. Một sự cố ở nhánh phụ có thể gây nhảy máy cắt tổng tại trạm 110 kV. Tình huống này gây mất điện diện rộng cho hàng nghìn khách hàng vô can. Ngoài ra, việc lựa chọn sai loại đặc tính thời gian dốc phụ thuộc cũng gây chồng lấn thời gian tác động. Do đó, việc phân tích chi tiết dòng ngắn mạch tại từng vị trí đặt Recloser là nhiệm vụ cấp bách nhằm khắc phục triệt để các tồn tại trên.

2.1. Thách thức tác động vượt cấp giữa Recloser và máy cắt

Nguy cơ tác động vượt cấp xuất hiện chủ yếu do bậc phối hợp thời gian giữa các thiết bị bảo vệ quá hẹp. Khi dòng ngắn mạch lớn xảy ra gần trạm nguồn, cả rơ le máy cắt xuất tuyến 471 và Recloser 471/01 đều cảm nhận được dòng điện vượt ngưỡng. Nếu đường cong đặc tính thời gian - dòng điện không duy trì khoảng cách tối thiểu từ 0,2 đến 0,3 giây, máy cắt đầu nguồn có thể mở trước thiết bị phân đoạn. Hiện tượng này làm mất điện toàn bộ xuất tuyến thay vì chỉ cách ly riêng phân đoạn sự cố. Điều đó làm giảm nghiêm trọng tính chọn lọc và gia tăng chỉ số thời gian mất điện SAIDI của toàn khu vực.

2.2. Ảnh hưởng của thay đổi phương thức vận hành lưới điện

Phương thức vận hành lưới 22 kV Bỉm Sơn - Hà Trung thường xuyên thay đổi linh hoạt để đáp ứng yêu cầu sửa chữa hoặc chống quá tải. Điểm mở bình thường đặt tại dao cắt LBS MV 471/41 có thể được đóng lại để chuyển tải giữa lộ 471 và lộ 473. Khi đảo nguồn cấp, chiều dòng điện công suất và giá trị dòng ngắn mạch tại các Recloser thay đổi hoàn toàn. Một Recloser trước đây nằm ở cuối nguồn có thể trở thành thiết bị ở đầu nguồn cấp mới. Nếu rơ le chỉ cài đặt một nhóm thông số cố định, độ nhạy bảo vệ sẽ suy giảm nghiêm trọng. Rơ le có nguy cơ tác động sai hoặc không phát hiện kịp sự cố chạm đất.

III. Giải pháp phối hợp đặc tính Recloser lưới 22 kV Bỉm Sơn Hà Trung

Giải pháp cốt lõi để giải quyết bài toán vận hành là ứng dụng phần mềm ETAP để mô hình hóa và giải tích lưới điện. Quá trình tính toán ngắn mạch ba pha, hai pha và một pha chạm đất được tiến hành chi tiết tại từng nút mạng. Dựa trên số liệu dòng ngắn mạch cực đại và cực tiểu, kỹ sư tính toán các thông số khởi động bảo vệ quá dòng pha (51P/50P) và chạm đất (51G/50G). Tiêu chuẩn IEC 60255 được áp dụng để lựa chọn đường cong đặc tính dốc tiêu chuẩn hoặc rất dốc. Quy trình phối hợp bảo vệ tuân thủ nguyên tắc chọn lọc theo thời gian và dòng điện. Thiết bị ở gần phụ tải được cài đặt thời gian tác động nhanh nhất. Thiết bị ở gần trạm nguồn duy trì thời gian trễ lớn hơn với bậc phối hợp delta t từ 0,25 đến 0,35 giây. Đối với các thiết bị Recloser RCL 471-7/01, RCL 471/01, RCL 473/01 và RCL 473/31, giá trị dòng khởi động được chọn lọc kỹ càng theo dòng làm việc cực đại và hệ số trở về. Kết quả mô phỏng trên ETAP cho phép kiểm tra trực quan sự phân bố đường cong bảo vệ. Giải pháp này loại bỏ hoàn toàn hiện tượng giao cắt đường cong gây mất chọn lọc.

3.1. Phương pháp tính toán thông số chỉnh định trên ETAP

Mô hình hóa lưới điện trên phần mềm ETAP cho phép thiết lập chính xác các thông số đường dây, máy biến áp và phụ tải. Phương pháp Newton-Raphson được sử dụng để giải bài toán trào lưu công suất ở chế độ xác lập. Sau đó, mô đun tính toán ngắn mạch theo tiêu chuẩn IEC 60909 xác định giá trị dòng ngắn mạch lớn nhất và nhỏ nhất. Dòng khởi động bảo vệ quá dòng pha được xác định dựa trên dòng tải cực đại có xét hệ số an toàn và hệ số tự khởi động động cơ. Đối với bảo vệ chạm đất, ngưỡng tác động được chọn nhỏ hơn dòng ngắn mạch một pha chạm đất nhỏ nhất cuối vùng bảo vệ. Các thông số này đảm bảo rơ le luôn đạt hệ số độ nhạy lớn hơn 1,2.

3.2. Cài đặt đường cong đặc tính thời gian tác động

Đặc tính thời gian dốc phụ thuộc (IDMT) đóng vai trò quyết định trong việc ngăn chặn tác động nhảy vượt cấp. Nghiên cứu ưu tiên sử dụng đường cong dốc tiêu chuẩn (IEC Standard Inverse) hoặc rất dốc (Very Inverse) cho các Recloser trên lộ 471 và 473. Hệ số nhân thời gian (Time Multiplier Setting - TMS) được hiệu chỉnh kỹ lưỡng giữa các thiết bị nối tiếp. Recloser 471-7/01 ở phân đoạn xa nhất có hệ số TMS thấp nhất để cắt nhanh sự cố. Máy cắt 471 tại trạm 110 kV được cài đặt hệ số TMS cao hơn nhằm tạo độ trễ dự phòng hợp lý. Khi kiểm tra đường cong TCC (Time Current Characteristic), khoảng phân cách thời gian luôn được duy trì ổn định trong mọi tình huống ngắn mạch.

IV. Hiệu quả ứng dụng bảo vệ Recloser lưới 22 kV Bỉm Sơn Hà Trung

Ứng dụng kết quả phối hợp đặc tính bảo vệ Recloser mang lại nhiều lợi ích thiết thực cho Điện lực Bỉm Sơn - Hà Trung. Các thông số cài đặt mới đã chứng minh tính chính xác cao qua mô phỏng và thử nghiệm thực tế. Sự phối hợp nhịp nhàng giữa máy cắt 471, 473 và các Recloser trên tuyến loại bỏ hoàn toàn tình trạng nhảy vượt cấp. Vùng sự cố được cô lập gọn gàng trong phạm vi hẹp nhất có thể. Các phân đoạn đường dây không bị ảnh hưởng được cấp điện trở lại chỉ sau vài chu kỳ đóng lặp lại. Giải pháp này trực tiếp cải thiện các chỉ tiêu độ tin cậy cung cấp điện của đơn vị. Chỉ số thời gian mất điện trung bình (SAIDI) và số lần mất điện trung bình (SAIFI) đều giảm rõ rệt qua từng quý vận hành. Đội ngũ kỹ thuật hiện trường giảm bớt áp lực tuần tra, dò tìm điểm sự cố trên những địa bàn đồi núi phức tạp. Hơn nữa, việc tích hợp Recloser vào hệ thống SCADA tạo tiền đề xây dựng lưới điện thông minh (Smart Grid) tại Thanh Hóa. Khả năng tự động hóa lưới phân phối được nâng lên tầm cao mới, bảo đảm an toàn và tối ưu hóa chi phí sản xuất kinh doanh điện.

4.1. Cải thiện các chỉ số độ tin cậy SAIDI và SAIFI

Độ tin cậy cung cấp điện là thước đo quan trọng hàng đầu đối với đơn vị quản lý vận hành điện lực. Việc phối hợp chuẩn xác đặc tính bảo vệ Recloser giúp khoanh vùng sự cố nhanh chóng. Khi sự cố vĩnh cửu xảy ra, chỉ phân đoạn phía sau Recloser gần nhất bị gián đoạn nguồn điện. Các khách hàng ở các phân đoạn thượng nguồn tiếp tục được duy trì cấp điện liên tục. Kết quả thực tế cho thấy chỉ số SAIFI giảm mạnh nhờ loại bỏ các lần nhảy máy cắt đầu xuất tuyến. Thời gian khắc phục sự cố và chỉ số SAIDI cũng được rút ngắn đáng kể, nâng cao mức độ hài lòng của khách hàng sử dụng điện.

4.2. Hướng tới tự động hóa lưới phân phối thông minh

Thành công từ giải pháp phối hợp bảo vệ mở ra bước tiến quan trọng trong lộ trình hiện đại hóa lưới điện. Các Recloser trên lưới Bỉm Sơn - Hà Trung đều được kết nối với trung tâm điều khiển xa qua giao thức truyền thông chuẩn. Khi kết hợp với các dao cắt phụ tải LBS thông minh, hệ thống có khả năng tự động phát hiện, cô lập sự cố và phục hồi cấp điện (FLISR). Việc tích hợp này giúp chuyển đổi phương thức vận hành truyền thống sang tự động hóa hoàn toàn. Đơn vị điện lực có thể chủ động giám sát trực tuyến thông số vận hành và điều khiển đóng cắt từ xa, nâng cao hiệu quả vận hành và an toàn lao động.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Năm 2023, mạng lưới điện phân phối khu vực thị xã Bỉm Sơn và huyện Hà Trung thuộc Công ty Điện lực Thanh Hóa ghi nhận 41 vụ sự cố lưới điện trung và hạ áp, tăng 15 vụ so với năm 2022 (26 vụ) và vượt 110,81% chỉ tiêu kế hoạch giao là 37 vụ. Trong đó, sự cố trên lưới 22 kV chiếm tỷ trọng 53,66% với 22 vụ gián đoạn, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng cấp điện trên địa bàn quản lý 426,76 km đường dây trung thế và 534 trạm biến áp với tổng công suất 207,041 MVA. Sự cố gia tăng khiến chỉ số thời gian mất điện trung bình do sự cố (SAIDI) tăng vọt lên 1100,49 phút, vượt 199,0% so với kế hoạch 553,03 phút. Chỉ số tần suất mất điện thoáng qua trung bình (MAIFI) cũng chạm mức 1,56 lần/năm so với kế hoạch 1,19 lần/năm. Mặc dù 100% trạm cắt Recloser (13/13 trạm) đã kết nối về Trung tâm điều khiển xa, hiện tượng nhảy lan truyền và mất chọn lọc giữa máy cắt đầu nguồn với các Recloser phân đoạn vẫn thường xuyên xảy ra. Luận văn đặt mục tiêu nghiên cứu phối hợp đặc tính bảo vệ rơ le quá dòng cho các Recloser trên lưới điện 22 kV Bỉm Sơn - Hà Trung, tập trung vào hai xuất tuyến trọng điểm lộ 471 và lộ 473. Dựa trên dữ liệu vận hành năm 2023 và hoàn thiện năm 2025, công trình xây dựng giải pháp chỉnh định chuẩn hóa, bảo đảm thời gian loại trừ sự cố dưới 500 ms theo quy định của Bộ Công Thương, góp phần giảm thiểu tổn thất kỹ thuật và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên hai trụ cột lý thuyết: bảo vệ rơ le quá dòng điện vô hướng và phương pháp giải tích trào lưu công suất xác lập trong hệ thống điện. Mô hình nghiên cứu phân tích hệ thống nút mạng phân phối kết hợp sơ đồ thay thế đường dây và máy biến áp hai cuộn dây. Khung lý thuyết bao gồm năm khái niệm then chốt: bảo vệ quá dòng cắt nhanh (chức năng 50), bảo vệ quá dòng có thời gian phụ thuộc (chức năng 51), bậc thời gian phối hợp chọn lọc (CTI), thiết bị tự đóng lại Recloser và các chỉ số độ tin cậy SAIDI, SAIFI, MAIFI. Đối với chức năng 51, đề tài khảo sát các họ đặc tính phụ thuộc theo tiêu chuẩn ANSI/IEEE, US và IEC 60255. Trên lưới điện phân phối trung áp, dòng ngắn mạch lớn nhất cho phép là 25 kA và thời gian loại trừ sự cố lớn nhất của bảo vệ chính là 500 ms theo Thông tư 25/2016/TT-BCT và Thông tư 39/2015/TT-BCT của Bộ Công Thương. Bậc thời gian phối hợp CTI được thiết lập từ 0,3 s đến 0,5 s, đảm bảo rơ le tác động chính xác khi bội số dòng khởi động dao động từ 1,1 đến 20 lần dòng định mức.

Phương pháp nghiên cứu

Dữ liệu nghiên cứu được thu thập thực tế từ Công ty Điện lực Thanh Hóa và Điện lực Bỉm Sơn - Hà Trung trong cả năm 2023, kết hợp hệ thống đo lường ECP và trung tâm điều khiển từ xa. Cỡ mẫu nghiên cứu bao trùm toàn bộ lưới điện trung áp của đơn vị gồm 20 xuất tuyến với tổng chiều dài 426,76 km và 570 máy biến áp. Phương pháp chọn mẫu có chủ đích được áp dụng để khảo sát chuyên sâu 02 tuyến lộ mạch vòng hở trọng điểm là lộ 471 và lộ 473 trạm 110 kV, đại diện cho 10 phân đoạn phụ tải phức tạp và 5 thiết bị đóng cắt chủ đạo. Đề tài ứng dụng thuật toán lặp số Newton-Raphson kết hợp phần mềm ETAP để giải hệ phương trình cân bằng công suất nút phi tuyến và tính toán ngắn mạch 3 pha cùng ngắn mạch chạm đất 1 pha. Lý do lựa chọn thuật toán Newton-Raphson và phần mềm ETAP là nhờ tốc độ hội tụ bậc hai vượt trội, độ ổn định cao, tránh nguy cơ phân kỳ khi tính toán lưới điện có tỷ số điện trở trên điện kháng (R/X) lớn. Toàn bộ tiến trình mô hình hóa và kiểm chứng tọa độ tác động hoàn tất trong quý I năm 2025.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình tính toán và mô phỏng trên phần mềm ETAP ghi nhận bốn kết quả then chốt:

Thứ nhất, tính toán chế độ xác lập trên 5 kịch bản vận hành xác định rõ dòng phụ tải cực đại. Tại chế độ vận hành cơ bản với điểm mở tại dao cách ly LBS MV 471/41, dòng phụ tải cực đại qua máy cắt MC 471 đạt 285 A và qua MC 473 đạt 312 A, loại trừ hoàn toàn nguy cơ rơ le tác động nhầm do quá tải đỉnh điểm.

Thứ hai, kết quả ngắn mạch phản ánh dòng ngắn mạch 3 pha lớn nhất tại đầu thanh cái 22 kV đạt 12,4 kA và giảm dần về mức 1,8 kA đến 3,2 kA tại các nút xa nguồn. Dòng chạm đất một pha tại các nhánh dao động từ 0,35 kA đến 0,85 kA, đòi hỏi hệ số nhạy của chức năng 51G phải đạt ngưỡng từ 1,5 đến 2,0 lần.

Thứ ba, phân tích thông số rơ le hiện hữu chỉ ra biên độ thời gian phối hợp CTI giữa Recloser RCL 471-7/01 và máy cắt MC 471 chỉ đạt 0,15 s, thấp hơn nhiều so với tiêu chuẩn an toàn 0,3 s, dẫn đến nguy cơ nhảy lan truyền diện rộng.

Thứ tư, phương án cài đặt mới theo đường cong IEC Standard Inverse kết hợp cắt nhanh cấp 1 giúp thời gian loại trừ sự cố toàn tuyến chỉ còn 120 ms đến 380 ms, giảm hơn 24% so với mốc giới hạn 500 ms của Bộ Công Thương.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân gây mất phối hợp bảo vệ bắt nguồn từ việc sáp nhập cơ học hai đơn vị điện lực từ đầu năm 2023, khiến 255,86 km lưới 22 kV tồn tại nhiều chủng loại thiết bị điện tử thông minh (IED) với thông số chỉnh định chưa đồng bộ. So với các công trình nghiên cứu sử dụng họ đường cong ANSI, việc đề tài áp dụng đặc tính IEC Standard Inverse (IEC Class A) mang lại tính linh hoạt cao hơn trên lưới điện phân phối nhiều nhánh rẽ dài, triệt tiêu hiện tượng chồng lấn vùng tác động. Kết quả này giúp giảm trên 30% nguy cơ cắt điện lan truyền, hỗ trợ đưa chỉ số SAIDI sự cố từ 1100,49 phút tiệm cận mục tiêu 553,03 phút.

Dữ liệu nghiên cứu được thể hiện trực quan qua đồ thị phối hợp thời gian - dòng điện (đồ thị TCC) trên thang tọa độ logarit kép (Log-Log) và bảng thông số cài đặt. Trục hoành biểu thị dòng điện từ 10 A đến 20.000 A, trục tung biểu thị thời gian từ 0,01 s đến 100 s. Trên đồ thị TCC, các đường cong tác động của Recloser phân đoạn luôn duy trì khoảng cách an toàn Delta-t từ 0,3 s đến 0,35 s phía dưới đường cong của máy cắt trạm nguồn, minh chứng cho tính chọn lọc tuyệt đối.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả nghiên cứu, bốn giải pháp trọng tâm được đề xuất nhằm nâng cao hiệu quả vận hành lưới điện:

Thứ nhất, ban hành và nạp lại toàn bộ thông số chỉnh định rơ le chuẩn hóa cho 13 trạm cắt Recloser và các máy cắt xuất tuyến 471, 473. Phòng Kỹ thuật Công ty Điện lực Thanh Hóa chủ trì phối hợp cùng Điện lực Bỉm Sơn - Hà Trung thực hiện cài đặt; thời hạn hoàn thành trong quý II năm 2025; mục tiêu đạt 100% thiết bị đóng cắt trên tuyến vận hành chuẩn xác theo đường đặc tính IEC Class A.

Thứ hai, triển khai giải pháp tự động hóa lưới điện phân phối thông minh (FLISR) tích hợp về Trung tâm điều khiển xa. Bộ phận Viễn thông và Điều độ tổ chức cấu hình logic tự động phát hiện, cô lập sự cố và chuyển nguồn cấp điện trên 255,86 km lưới 22 kV; lộ trình thực hiện từ quý III năm 2025 đến quý IV năm 2026; mục tiêu rút ngắn thời gian xử lý sự cố từ 92,1 phút xuống dưới 15 phút, kéo giảm SAIDI sự cố xuống dưới 300 phút/năm.

Thứ ba, chuẩn hóa tỷ số biến dòng điện (CT) và kiểm định bão hòa mạch từ tại 5 vị trí Recloser xung yếu gồm RCL 471/01, RCL 471-7/01, RCL 473/01 và RCL 473/31. Đội Thí nghiệm điện hoàn tất đo đạc và hiệu chỉnh trước tháng 5 năm 2025; bảo đảm tỷ số CT chịu được dòng ngắn mạch xung kích 25 kA mà không gây méo dạng tín hiệu thứ cấp.

Thứ tư, đào tạo chuyên sâu về ứng dụng phần mềm ETAP và phân tích sự cố rơ le số cho kỹ sư điều độ. Ban Lãnh đạo Công ty Điện lực Thanh Hóa tổ chức 02 lớp bồi dưỡng thực hành cho ít nhất 25 kỹ sư trong 6 tháng cuối năm 2025; đảm bảo 100% cán bộ kỹ thuật tự chủ hoàn toàn công tác tính toán phối hợp bảo vệ khi thay đổi phương thức kết lưới.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Luận văn mang lại giá trị thực tiễn cho bốn nhóm đối tượng chuyên môn:

Thứ nhất, kỹ sư phương thức và điều độ viên tại các Công ty Điện lực. Luận văn cung cấp quy trình tính toán mẫu trên ETAP cho các xuất tuyến mạch vòng 22 kV, hỗ trợ ra quyết định cài đặt rơ le và xử lý sự cố trong ca trực dưới 15 phút.

Thứ hai, cán bộ quản lý kỹ thuật tại các Điện lực địa phương. Phân tích nguyên nhân 41 vụ sự cố và tỷ lệ hư hỏng thiết bị 48,8% giúp đơn vị xây dựng kế hoạch sửa chữa lớn, kiểm soát suất sự cố dưới mức 0,100 vụ/100km trên lưới 22 kV.

Thứ ba, giảng viên, học viên cao học và sinh viên ngành Kỹ thuật điện. Công trình là tài liệu tham khảo điển hình về ứng dụng thuật toán Newton-Raphson và mô phỏng bảo vệ rơ le cho hệ thống điện thực tế dài 426,76 km.

Thứ tư, chuyên gia tư vấn thiết kế và tích hợp hệ thống SCADA. Tài liệu cung cấp giải pháp phối hợp thời gian cắt chọn lọc để tích hợp đồng bộ 13 trạm Recloser với trung tâm điều khiển hiện đại.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao cần phối hợp bảo vệ chọn lọc giữa Recloser và máy cắt xuất tuyến thay vì cài đặt độc lập?

Phối hợp bảo vệ giúp cô lập chính xác phân đoạn sự cố mà không làm mất điện toàn tuyến. Trên lộ 471 và 473, nếu không phối hợp chuẩn, dòng ngắn mạch 3 pha lên đến 12,4 kA sẽ làm nhảy máy cắt đầu trạm 110 kV, gây mất điện đồng loạt hơn 50 trạm biến áp thay vì chỉ cô lập một nhánh rẽ qua Recloser.

Vì sao nghiên cứu chọn đặc tính dòng phụ thuộc IEC Standard Inverse thay vì đặc tính thời gian độc lập DT?

Đặc tính độc lập DT không tối ưu trên lưới hình tia dài hơn 255 km do dòng ngắn mạch suy giảm mạnh theo chiều dài đường dây. Đặc tính IEC Standard Inverse cắt nhanh dưới 150 ms khi sự cố gần nguồn và kéo dài hợp lý khi sự cố ở xa, duy trì khoảng trễ an toàn CTI từ 0,3 s đến 0,35 s.

Phần mềm ETAP hỗ trợ giải quyết bài toán kỹ thuật nào trong luận văn?

ETAP ứng dụng thuật toán Newton-Raphson để giải trào lưu công suất trên 10 phân đoạn hệ thống, xác định chính xác dòng phụ tải từ 285 A đến 312 A. Đồng thời, công cụ Star Protection mô phỏng ngắn mạch và vẽ đồ thị TCC để kiểm tra tính chọn lọc của 13 Recloser.

Thách thức kỹ thuật lớn nhất sau khi sáp nhập Điện lực Bỉm Sơn và Hà Trung năm 2023 là gì?

Thách thức lớn nhất là sự không đồng bộ thông số rơ le trên 426,76 km đường dây trung áp sau sáp nhập. Tình trạng này khiến số sự cố năm 2023 tăng thêm 15 vụ (đạt 41 vụ) và chỉ số SAIDI sự cố tăng lên 1100,49 phút, đòi hỏi phải tính toán chỉnh định lại toàn diện.

Quy định hiện hành của Bộ Công Thương về thời gian loại trừ sự cố lưới trung áp là bao nhiêu?

Theo Thông tư 25/2016/TT-BCT và Thông tư 39/2015/TT-BCT, thời gian tối đa để bảo vệ chính loại trừ sự cố trung áp là 500 ms đối với dòng ngắn mạch đến 25 kA. Các thông số cài đặt mới trong đề án bảo đảm thời gian cắt lớn nhất chỉ ở mức 380 ms, hoàn toàn đáp ứng quy chuẩn quốc gia.

Kết luận

Nghiên cứu mang lại những đóng góp nổi bật cho công tác vận hành hệ thống điện phân phối:

• Xây dựng thành công mô hình giải tích trào lưu công suất bằng thuật toán Newton-Raphson trên phần mềm ETAP cho lưới 22 kV Bỉm Sơn - Hà Trung.
• Chuẩn hóa thông số bảo vệ quá dòng pha (50/51P) và chạm đất (50/51G) cho các máy cắt trạm 110 kV cùng 13 trạm Recloser phân đoạn.
• Đảm bảo thời gian loại trừ sự cố toàn tuyến từ 120 ms đến 380 ms, tuân thủ nghiêm ngặt giới hạn 500 ms của Bộ Công Thương.
• Ngăn ngừa tình trạng nhảy lan truyền trên 426,76 km đường dây trung thế, hỗ trợ giảm chỉ số SAIDI sự cố từ 1100,49 phút xuống dưới 553,03 phút.
• Tạo tiền đề kỹ thuật vững chắc để tích hợp hệ thống tự động hóa FLISR với trung tâm điều khiển từ xa trong giai đoạn 2025 - 2026.

Đóng góp cốt lõi của luận văn là giải pháp công nghệ giúp đội ngũ kỹ sư cơ sở làm chủ công tác chỉnh định rơ le số. Đơn vị cần hoàn tất cài đặt thực địa trong quý II năm 2025. Các công ty điện lực có mô hình lưới tương tự hãy ứng dụng ngay phương pháp này để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BẢO VỆ RƠ LE VÀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 22 kV BỈM SƠN - HÀ TRUNG 1.1 Giới thiệu chung về lưới điện phân phối 22 kV Bỉm Sơn - Hà Trung 1.1 Khối lượng tài sản quản lý vận hành Ngày 1/1/2023, Điện lực Hà Trung sáp nhập với Điện lực Bỉm Sơn thành đơn vị mới là Điện lực khu vực thị xã bỉm Sơn – Hà Trung trực thuộc Công ty Điện lực Thanh Hóa. Năm 2023, Điện lực khu vực thị xã Bỉm Sơn - Hà Trung, Công ty Điện lực Thanh Hoá thực hiện các nhiệm vụ SXKD trong điều kiện thuận lợi và khó khăn, đó là [2]: Nguồn điện tương đối ổn định, ngoại trừ một số thời điểm thiếu nguồn diễn ra vào những tháng mùa khô, nắng nóng gay gắt kéo dài, ảnh hưởng đến tình hình cung ứng điện của Công ty Điện lực Thanh Hoá nói chung, địa bàn khu vực thị xã Bỉm Sơn và huyện Hà Trung nói riêng. Phụ tải trên địa bàn quản lý bán điện tiếp tục có gia tăng, nhưng sản lượng điện thương phẩm tăng trưởng chỉ ở mức trung bình, ảnh hưởng do việc cắt điện giảm tải mùa hè thiếu nguồn cùng với nhu cầu sử dụng điện trong năm của một số ngành sản xuất chính giảm đi so với các năm trước. Việc thực hiện các chỉ tiêu SXKD của đơn vị ở những tháng đầu năm gặp khó khăn, do thời điểm này đơn vị đang tập trung sắp xếp nhân lực, bố trí lại công việc, ổn định tổ chức theo mô hình đơn vị sáp nhập, đã ảnh hưởng đến kết quả chấm điểm hoàn thành nhiệm vụ ở những tháng đầu năm theo đánh giá của Công ty.

Lưới điện trung hạ áp thuộc huyện Hà Trung còn nhiều tồn tại do phần lớn là lưới điện nông thôn, đường dây trung thế đi qua nhiều đồi núi gây khó khăn cho công tác quản lý vận hành, chưa được đầu tư nâng cấp đồng bộ theo tiêu chí 5S và ổn định cấp điện đã ảnh hưởng đến việc thực hiện các chỉ tiêu tổn thất điện năng của độ tin cậy cung cấp điện. Độ tuổi trung bình CBCNV của Điện lực khu vực thị xã Bỉm Sơn - Hà Trung cao so với mặt bằng trung trong toàn Công ty (cao nhất Công ty) và tỷ lệ lao động là nữ chiếm 38,7% lực lượng lao động. Ngay sau sáp nhập định biên nhân lực của đơn vị bị cắt giảm 15 xuất và sẽ bị cắt giảm tiếp 14 xuất trong năm 2024…cũng đã ảnh hưởng nhiều đến công tác điều hành sản xuất. Đường dây Trung áp: Gồm 20 đường dây trung thế với tổng chiều dài 426,76 km.

Trong đó tài sản Điện lực là 358,26 km, tài sản khách hàng là 68,50 km [2].1 Chiều dài đường dây trung áp Chiều dài Tổng chiều Chiều dài đường Số lộ đường dây tài dài đường Cấp điện áp dây tài sản KH đường dây sản điện lực dây (km) (km) (km) Điện áp 35kV 10 136,50 34,40 170,90 Điện áp 22kV 10 221,76 34,10 255,86 Tổng Trung áp 20 358,26 68,50 426,76 b. Trạm biến áp: [2] Trạm biến áp: Tổng số có 534 TBA, tổng công suất là 207,041 MVA. Trong đó: - Tài sản ngành điện là 279 TBA, với tổng công suất đặt là S = 79,86 MVA; - Tài sản khách hàng là 255 TBA, với tổng công suất đặt là S = 127,179 MVA.2 Tài sản trạm biến áp Tài sản khách Cấp điện Tài sản ngành điện hàng Tổng tài sản áp Công suất Công suất MBA Công suất TBA TBA (MVA) (MVA) (máy) (MVA) 35kV 81 19,092 120 80,592 194 99,648 22kV 198 60,770 135 46,587 343 107,357 Tổng 279 79,862 255 127,179 570 207,041 c. Lưới điện hạ áp: [2] Có tổng chiều dài 675,279 km, sử dụng dây dẫn chủ yếu từ AV35 đến A95; cáp vặn xoắn ruột nhôm từ ABC-35 đến ABC-120.