Nghiên Cứu Phương Pháp Phối Hợp Bảo Vệ Của Các Recloser Trên Lưới Điện Trung Áp 22kV Tỉnh Lạng Sơn

Tài liệu nghiên cứu Luận văn nghiên cứu phương pháp phối hợp bảo vệ của các recloser trên lưới điện trung áp 22kv tỉnh, tổng hợp lý thuyết và thực hành, cung cấp kiến thức chuyên

• Tác giả: Vy Tuấn Mỹ
• Người hướng dẫn: TS. Lê Tiên Phong
• Trường học: Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
• Đề tài: Nghiên Cứu Phương Pháp Bảo Vệ Recloser Trên Lưới Điện Trung Áp 22kV Tỉnh Lạng Sơn
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Lạng Sơn

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. Giới thiệu lưới điện trung áp tỉnh Lạng Sơn
• 1.2. Hệ thống bảo vệ rơ le hiện tại trong lưới điện trung áp 22 kV tỉnh Lạng Sơn
• 1.2.1. Phương thức vận hành lưới điện, đặc điểm lưới điện
• 2. CHƯƠNG 2: GIẢI TÍCH LƯỚI VÀ TÍNH TOÁN NGẮN MẠCH CHO LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP TỈNH LẠNG SƠN
• 3. CHƯƠNG 3: PHỐI HỢP HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC RECLOSER TRONG LƯỚI ĐIỆN 22 kV TỈNH LẠNG SƠN
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Bảo Vệ Recloser Lưới Điện 22kV Lạng Sơn

Lưới điện trung áp 22kV tỉnh Lạng Sơn đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp điện cho các khu vực kinh tế và dân cư. Việc bảo vệ lưới điện này, đặc biệt là thông qua việc sử dụng Recloser, là vô cùng cần thiết để đảm bảo sự ổn định và tin cậy của hệ thống. Nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích hiện trạng, xác định các vấn đề tồn tại và đề xuất các giải pháp phối hợp bảo vệ Recloser hiệu quả, phù hợp với đặc thù lưới điện Lạng Sơn. Mục tiêu là nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, giảm thiểu thời gian mất điện và tối ưu hóa hiệu quả vận hành. Luận văn này đi sâu vào phân tích lưới điện 22kV của tỉnh Lạng Sơn, từ nguồn cung cấp đến đặc điểm vận hành, đồng thời xem xét các thiết bị bảo vệ hiện có. Việc đánh giá kỹ lưỡng hiện trạng là cơ sở để đề xuất các giải pháp cải tiến phù hợp và khả thi.

1.1. Giới Thiệu Chung Lưới Điện Trung Áp Lạng Sơn

Lưới điện trung áp Lạng Sơn bao gồm nhiều đường dây 22kV, cấp điện cho các phụ tải quan trọng như khu vực thành phố và các thị trấn. Nguồn cung cấp chính đến từ Nhà máy nhiệt điện Na Dương và các nhà máy thủy điện nhỏ khác. Lưới điện có cấu trúc mạch vòng, cho phép linh hoạt trong việc cấp điện và chuyển tải. Đặc điểm phụ tải đa dạng, từ dân dụng đến công nghiệp, tạo ra những thách thức trong việc thiết kế và vận hành hệ thống bảo vệ. Luận văn tập trung vào việc nghiên cứu các lộ đường dây chính và phân tích các thông số vận hành để đưa ra các giải pháp phối hợp bảo vệ hiệu quả cho hệ thống.

1.2. Hệ Thống Bảo Vệ Rơ Le Hiện Tại Đánh Giá

Hệ thống bảo vệ hiện tại của lưới điện 22kV Lạng Sơn sử dụng các rơ le bảo vệ quá dòng và các thiết bị đóng cắt như Recloser và máy cắt. Tuy nhiên, việc phối hợp giữa các thiết bị bảo vệ này còn nhiều hạn chế, dẫn đến tình trạng tác động không chọn lọc và mất điện trên diện rộng. Các vấn đề tồn tại bao gồm cài đặt thông số bảo vệ chưa phù hợp, thiếu sự phối hợp giữa các Recloser và rơ le, và chưa tận dụng tối đa khả năng của các thiết bị tự động hóa. Việc đánh giá chi tiết hiện trạng hệ thống bảo vệ là cơ sở để đề xuất các giải pháp cải tiến và tối ưu hóa.

II. Thách Thức Bảo Vệ Recloser 22kV Vấn Đề Cần Giải Quyết

Việc bảo vệ Recloser trên lưới điện trung áp 22kV tỉnh Lạng Sơn đối mặt với nhiều thách thức. Tình trạng quá tải, ngắn mạch và các sự cố bất thường khác có thể gây hư hỏng cho Recloser và ảnh hưởng đến độ tin cậy cung cấp điện. Ngoài ra, sự thay đổi liên tục trong cấu trúc lưới điện và phụ tải cũng đòi hỏi hệ thống bảo vệ phải linh hoạt và thích ứng. Việc nghiên cứu và giải quyết các thách thức này là vô cùng quan trọng để đảm bảo hoạt động ổn định và hiệu quả của lưới điện.

2.1. Phối Hợp Recloser Khó Khăn và Hạn Chế Hiện Tại

Một trong những thách thức lớn nhất là việc phối hợp bảo vệ giữa các Recloser với nhau và với các thiết bị bảo vệ khác trên lưới điện. Các thông số cài đặt chưa được tối ưu hóa, dẫn đến tình trạng tác động không chọn lọc và mất điện trên diện rộng. Sự phức tạp của lưới điện, với nhiều mạch vòng và khả năng cấp điện hỗ trợ lẫn nhau, càng làm tăng thêm khó khăn trong việc phối hợp bảo vệ. Việc nghiên cứu và đề xuất các giải pháp phối hợp hiệu quả là mục tiêu quan trọng của luận văn này.

2.2. Ảnh Hưởng Thay Đổi Kết Cấu Lưới Điện và Phụ Tải

Lưới điện 22kV Lạng Sơn thường xuyên thay đổi kết cấu để đảm bảo cung cấp điện liên tục và ổn định. Sự thay đổi này, cùng với sự biến động của phụ tải, ảnh hưởng lớn đến đặc tính ngắn mạch và dòng điện vận hành, gây khó khăn cho việc cài đặt và điều chỉnh các thông số bảo vệ. Hệ thống bảo vệ cần có khả năng tự động thích ứng với những thay đổi này để đảm bảo hoạt động hiệu quả. Luận văn này sẽ phân tích ảnh hưởng của các yếu tố này và đề xuất các giải pháp phù hợp.

2.3. Thiếu Giải Pháp Giám Sát và Điều Khiển Từ Xa Recloser

Việc giám sát và điều khiển từ xa các Recloser còn nhiều hạn chế. Điều này gây khó khăn trong việc phát hiện sớm các sự cố và thực hiện các biện pháp khắc phục kịp thời. Việc ứng dụng công nghệ thông tin và truyền thông để xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển từ xa là một giải pháp quan trọng để nâng cao hiệu quả vận hành và bảo trì Recloser. Hệ thống này sẽ giúp thu thập dữ liệu vận hành, chẩn đoán tình trạng thiết bị và thực hiện các thao tác điều khiển từ xa, giúp giảm thiểu thời gian mất điện và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện.

III. Phương Pháp Tính Toán Mô Phỏng Bảo Vệ Recloser 22kV

Để giải quyết các thách thức trên, luận văn đề xuất phương pháp tính toán và mô phỏng để tối ưu hóa việc phối hợp bảo vệ Recloser. Phương pháp này bao gồm việc sử dụng phần mềm chuyên dụng như ETAP để mô hình hóa lưới điện, tính toán dòng ngắn mạch và mô phỏng hoạt động của các thiết bị bảo vệ. Kết quả mô phỏng sẽ được sử dụng để đánh giá hiệu quả của các giải pháp phối hợp bảo vệ và lựa chọn các thông số cài đặt phù hợp.

3.1. Mô Hình Hóa Lưới Điện 22kV Lạng Sơn Trên ETAP

Phần mềm ETAP được sử dụng để xây dựng mô hình lưới điện 22kV Lạng Sơn, bao gồm các đường dây, trạm biến áp, Recloser và các thiết bị bảo vệ khác. Mô hình hóa chính xác lưới điện là bước quan trọng để đảm bảo tính chính xác của các kết quả tính toán và mô phỏng. Các thông số của các thiết bị điện được nhập vào phần mềm để mô phỏng chính xác hành vi của chúng trong các điều kiện vận hành khác nhau. Mô hình này sẽ được dùng để thực hiện các phân tích dòng công suất, tính toán ngắn mạch và mô phỏng bảo vệ.

3.2. Tính Toán Ngắn Mạch Theo Tiêu Chuẩn IEC 60909

Việc tính toán dòng ngắn mạch là rất quan trọng để thiết kế hệ thống bảo vệ và cài đặt các thông số bảo vệ phù hợp. Luận văn sử dụng tiêu chuẩn IEC 60909 để tính toán dòng ngắn mạch tại các vị trí khác nhau trên lưới điện. Kết quả tính toán sẽ được sử dụng để xác định khả năng chịu đựng của các thiết bị điện và lựa chọn các thiết bị bảo vệ có khả năng cắt dòng ngắn mạch lớn. Tiêu chuẩn này cung cấp các phương pháp tính toán chính xác và tin cậy, đảm bảo an toàn cho hệ thống điện.

3.3. Mô Phỏng Hoạt Động Recloser Các Tình Huống Sự Cố

Phần mềm ETAP được sử dụng để mô phỏng hoạt động của các Recloser trong các tình huống sự cố khác nhau, như ngắn mạch, quá tải và quá điện áp. Kết quả mô phỏng sẽ được sử dụng để đánh giá hiệu quả của các giải pháp phối hợp bảo vệ và lựa chọn các thông số cài đặt phù hợp. Các tình huống sự cố được mô phỏng bao gồm các loại ngắn mạch khác nhau (một pha, hai pha, ba pha) và các vị trí khác nhau trên lưới điện. Kết quả mô phỏng cho phép đánh giá khả năng tác động chọn lọc của các thiết bị bảo vệ và đưa ra các giải pháp cải tiến.

IV. Giải Pháp Phối Hợp Recloser Lưới 22kV Lạng Sơn Hiệu Quả

Dựa trên kết quả tính toán và mô phỏng, luận văn đề xuất các giải pháp phối hợp bảo vệ Recloser hiệu quả cho lưới điện 22kV Lạng Sơn. Các giải pháp này bao gồm việc điều chỉnh các thông số cài đặt của Recloser, áp dụng các kỹ thuật phối hợp bảo vệ tiên tiến và xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển từ xa. Mục tiêu là nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, giảm thiểu thời gian mất điện và tối ưu hóa hiệu quả vận hành.

4.1. Điều Chỉnh Thông Số Cài Đặt Recloser Hướng Dẫn Chi Tiết

Việc điều chỉnh các thông số cài đặt của Recloser là một trong những giải pháp quan trọng nhất để nâng cao hiệu quả phối hợp bảo vệ. Các thông số cần được điều chỉnh bao gồm dòng điện khởi động, thời gian tác động và số lần đóng lặp lại. Hướng dẫn chi tiết về cách điều chỉnh các thông số này sẽ được cung cấp trong luận văn, dựa trên kết quả tính toán và mô phỏng. Việc cài đặt thông số cần đảm bảo độ nhạy, tính chọn lọc và thời gian tác động phù hợp, tránh tình trạng cắt sai hoặc cắt chậm.

4.2. Áp Dụng Kỹ Thuật Phối Hợp Bảo Vệ Tiên Tiến Ví Dụ

Luận văn đề xuất áp dụng các kỹ thuật phối hợp bảo vệ tiên tiến, như phối hợp bảo vệ theo thời gian, theo dòng điện và theo hướng công suất. Các ví dụ cụ thể về việc áp dụng các kỹ thuật này cho lưới điện 22kV Lạng Sơn sẽ được trình bày trong luận văn. Kỹ thuật phối hợp bảo vệ theo thời gian được sử dụng để phân biệt giữa các sự cố gần và xa, trong khi kỹ thuật phối hợp bảo vệ theo dòng điện được sử dụng để phát hiện các sự cố có dòng điện lớn. Kỹ thuật phối hợp bảo vệ theo hướng công suất được sử dụng để phân biệt giữa các sự cố trên các đường dây khác nhau.

4.3. Xây Dựng Hệ Thống Giám Sát và Điều Khiển Từ Xa Recloser

Việc xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển từ xa Recloser là một giải pháp quan trọng để nâng cao hiệu quả vận hành và bảo trì. Hệ thống này sẽ giúp thu thập dữ liệu vận hành, chẩn đoán tình trạng thiết bị và thực hiện các thao tác điều khiển từ xa. Luận văn đề xuất các giải pháp công nghệ để xây dựng hệ thống này, bao gồm việc sử dụng các thiết bị đo lường, truyền thông và phần mềm quản lý. Hệ thống này sẽ giúp giảm thiểu thời gian mất điện và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện.

V. Ứng Dụng Thực Tế Đánh Giá Hiệu Quả Giải Pháp Bảo Vệ

Để chứng minh tính khả thi và hiệu quả của các giải pháp đề xuất, luận văn sẽ trình bày các kết quả ứng dụng thực tế trên lưới điện 22kV Lạng Sơn. Các kết quả này sẽ được so sánh với tình hình trước khi áp dụng các giải pháp để đánh giá hiệu quả của chúng. Các chỉ số đánh giá bao gồm thời gian mất điện, số lần tác động không chọn lọc và độ tin cậy cung cấp điện.

5.1. Cài Đặt Thông Số Bảo Vệ Recloser Trên Thiết Bị Thực Tế

Các thông số bảo vệ của Recloser được cài đặt trên các thiết bị thực tế trên lưới điện 22kV Lạng Sơn, dựa trên kết quả tính toán và mô phỏng. Quá trình cài đặt được thực hiện bởi các kỹ sư điện có kinh nghiệm và được giám sát chặt chẽ để đảm bảo tính chính xác và an toàn. Các thông số được cài đặt bao gồm dòng điện khởi động, thời gian tác động và số lần đóng lặp lại. Các thông số này được lựa chọn để đảm bảo độ nhạy, tính chọn lọc và thời gian tác động phù hợp.

5.2. Kiểm Tra Phối Hợp Đặc Tính Bảo Vệ Recloser Ngoài Hiện Trường

Việc kiểm tra phối hợp bảo vệ Recloser được thực hiện ngoài hiện trường để đảm bảo rằng các thiết bị bảo vệ tác động đúng theo thiết kế. Các thử nghiệm được thực hiện bao gồm mô phỏng các tình huống sự cố khác nhau và kiểm tra thời gian tác động của các thiết bị bảo vệ. Kết quả kiểm tra được ghi lại và phân tích để đánh giá hiệu quả của hệ thống bảo vệ. Các thử nghiệm này được thực hiện để đảm bảo rằng các thiết bị bảo vệ tác động đúng theo thiết kế và bảo vệ hệ thống điện khỏi các sự cố.

5.3. Đánh Giá Tác Động Cải Thiện Độ Tin Cậy Cung Cấp Điện

Hiệu quả của các giải pháp được đánh giá bằng cách so sánh các chỉ số độ tin cậy cung cấp điện trước và sau khi áp dụng các giải pháp. Các chỉ số được đánh giá bao gồm SAIDI (System Average Interruption Duration Index) và SAIFI (System Average Interruption Frequency Index). Các chỉ số này cho phép đánh giá hiệu quả của hệ thống bảo vệ trong việc giảm thiểu thời gian mất điện và số lần mất điện. Việc cải thiện độ tin cậy cung cấp điện là mục tiêu quan trọng của luận văn và là một trong những tiêu chí đánh giá hiệu quả của các giải pháp.

VI. Kết Luận Hướng Phát Triển Nghiên Cứu Bảo Vệ Recloser

Luận văn đã trình bày một phương pháp tiếp cận toàn diện để giải quyết các vấn đề liên quan đến việc phối hợp bảo vệ Recloser trên lưới điện 22kV Lạng Sơn. Các giải pháp được đề xuất, dựa trên kết quả tính toán, mô phỏng và ứng dụng thực tế, có tiềm năng lớn trong việc nâng cao độ tin cậy cung cấp điện và giảm thiểu thời gian mất điện. Hướng phát triển tiếp theo của nghiên cứu có thể tập trung vào việc ứng dụng các công nghệ tiên tiến hơn, như trí tuệ nhân tạo và Internet of Things, để xây dựng hệ thống bảo vệ thông minh và tự động.

6.1. Tóm Tắt Kết Quả Nghiên Cứu và Đóng Góp Mới

Luận văn đã đạt được những kết quả quan trọng trong việc nghiên cứu và đề xuất các giải pháp phối hợp bảo vệ Recloser hiệu quả cho lưới điện 22kV Lạng Sơn. Các đóng góp mới của luận văn bao gồm việc xây dựng mô hình lưới điện chính xác trên phần mềm ETAP, đề xuất các giải pháp điều chỉnh thông số cài đặt Recloser phù hợp với đặc thù lưới điện Lạng Sơn, và đánh giá hiệu quả của các giải pháp trên thực tế. Các kết quả này có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao độ tin cậy cung cấp điện và giảm thiểu thời gian mất điện.

6.2. Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo Ứng Dụng Công Nghệ Mới

Trong tương lai, nghiên cứu có thể tập trung vào việc ứng dụng các công nghệ tiên tiến hơn, như trí tuệ nhân tạo và Internet of Things, để xây dựng hệ thống bảo vệ thông minh và tự động. Trí tuệ nhân tạo có thể được sử dụng để phân tích dữ liệu vận hành và dự đoán các sự cố tiềm ẩn, trong khi Internet of Things có thể được sử dụng để kết nối các thiết bị bảo vệ và thu thập dữ liệu từ xa. Hệ thống bảo vệ thông minh và tự động sẽ giúp nâng cao hiệu quả vận hành và bảo trì Recloser, đồng thời giảm thiểu thời gian mất điện và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Lưới điện trung áp 22 kV tỉnh Lạng Sơn hiện đang vận hành với nhiều đặc điểm phức tạp, bao gồm các lộ đường dây dài, nhiều trạm biến áp và liên kết mạch vòng với các tỉnh lân cận như Bắc Giang, Quảng Ninh, Thái Nguyên, Cao Bằng và Bắc Cạn. Theo số liệu năm 2019, các lộ đường dây trung áp như 472 và 473 có công suất tối đa lần lượt là 8,5 MW và 15,9 MW, với chiều dài 47,63 km và 20,07 km. Lưới điện này được cấp nguồn chủ yếu từ các nhà máy nhiệt điện và thủy điện trong khu vực, trong đó có Nhà máy nhiệt điện Na Dương công suất 110 MVA và các nhà máy thủy điện như Thác Xăng 20 MW.

Vấn đề nghiên cứu tập trung vào phương pháp phối hợp bảo vệ của các Recloser trên lưới điện trung áp 22 kV nhằm nâng cao hiệu quả vận hành, đảm bảo tính chọn lọc và độ tin cậy cung cấp điện. Hiện tại, việc phối hợp các thiết bị bảo vệ như Recloser NULEC và NOJA còn gặp nhiều khó khăn do đặc tính vận hành độc lập, khoảng cách thiết bị gần nhau và sự thay đổi kết dây thường xuyên trong lưới điện. Ngoài ra, việc tính toán ngắn mạch và cài đặt thông số bảo vệ còn thực hiện thủ công, tốn nhiều thời gian và dễ xảy ra sai sót.

Mục tiêu cụ thể của luận văn là nghiên cứu, mô hình hóa và tính toán phối hợp bảo vệ các Recloser trên lưới điện trung áp 22 kV tỉnh Lạng Sơn, đặc biệt tập trung vào hai lộ đường dây 472 và 473. Phạm vi nghiên cứu bao gồm khảo sát thực tế tại Công ty Điện lực Lạng Sơn, sử dụng phần mềm ETAP để mô phỏng và tính toán, đồng thời đề xuất các giải pháp cài đặt thông số bảo vệ phù hợp. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, giảm thiểu sự cố và tổn thất điện năng, đồng thời hỗ trợ phát triển lưới điện thông minh tại địa phương.

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 bảo vệ lưới điện phân phối, trong đó có:

• Lý thuyết bảo vệ quá dòng và bảo vệ chạm đất: Bao gồm các đặc tính bảo vệ như cắt nhanh (Instantaneous), cắt có thời gian (Definite time) và cắt theo đường cong đặc tính (Inverse time), áp dụng cho các Recloser NULEC và NOJA.
• Mô hình phối hợp bảo vệ theo đặc tính thời gian phụ thuộc: Giúp tránh hiện tượng mất chọn lọc và nhảy vượt cấp bằng cách điều chỉnh thời gian tác động của các thiết bị bảo vệ theo nguyên tắc phối hợp đặc tính.
• Mô hình hóa lưới điện trên phần mềm ETAP: Sử dụng sơ đồ thay thế đường dây tải điện, máy biến áp 3 cuộn dây và các khối nguồn, biến áp, truyền tải, phụ tải để mô phỏng lưới điện phân phối phức tạp.
• Phương pháp tính toán ngắn mạch theo chuẩn IEC 60909: Được áp dụng để xác định dòng ngắn mạch lớn nhất tại các vị trí trên lưới điện, làm cơ sở cho việc cài đặt thông số bảo vệ.

Các khái niệm chính bao gồm: Recloser (máy cắt tự đóng lại), đặc tính bảo vệ quá dòng, phối hợp bảo vệ, mô hình hóa lưới điện, tính toán ngắn mạch, và hệ thống điều khiển máy cắt.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ Công ty Điện lực Lạng Sơn, bao gồm số liệu vận hành lưới điện, thông số kỹ thuật các thiết bị bảo vệ và kết quả khảo sát thực tế. Phương pháp nghiên cứu gồm:

• Mô hình hóa lưới điện trung áp 22 kV: Tập trung vào hai lộ đường dây 472 và 473, sử dụng phần mềm ETAP để xây dựng mô hình mạng điện với các khối nguồn, biến áp, đường dây và phụ tải.
• Tính toán ngắn mạch và phân tích phối hợp bảo vệ: Áp dụng chuẩn IEC 60909 và các thuật toán giải tích lưới điện để xác định dòng ngắn mạch và thiết lập thông số bảo vệ phù hợp cho các Recloser.
• Cài đặt và kiểm tra thông số bảo vệ trên thiết bị thực tế: Sử dụng phần mềm WSOS5 cho Recloser NULEC và CMS cho Recloser NOJA để cài đặt thông số, đồng thời kiểm tra phối hợp đặc tính bảo vệ trên thiết bị thực tế.
• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong năm 2020, bao gồm giai đoạn thu thập số liệu, mô hình hóa và tính toán (6 tháng), cài đặt và kiểm tra thiết bị (3 tháng), tổng hợp kết quả và đề xuất giải pháp (3 tháng).

Cỡ mẫu nghiên cứu là toàn bộ các Recloser trên lưới điện trung áp 22 kV tỉnh Lạng Sơn, với trọng tâm là các thiết bị trên lộ 472 và 473. Phương pháp chọn mẫu là chọn các lộ đường dây có đặc điểm vận hành điển hình và có liên kết mạch vòng để đảm bảo tính đại diện. Phương pháp phân tích sử dụng mô phỏng phần mềm kết hợp với phân tích thực nghiệm nhằm đảm bảo độ chính xác và tính khả thi của các giải pháp đề xuất.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Mô hình hóa và tính toán ngắn mạch chính xác: Kết quả mô phỏng trên phần mềm ETAP cho thấy dòng ngắn mạch lớn nhất tại các vị trí trên lộ 472 và 473 dao động trong khoảng 4,5 kA đến 12,5 kA, phù hợp với các thông số kỹ thuật của máy cắt và Recloser. Việc áp dụng chuẩn IEC 60909 giúp xác định chính xác các giá trị dòng ngắn mạch, hỗ trợ hiệu quả cho việc cài đặt thông số bảo vệ.

2. Phối hợp bảo vệ giữa các Recloser được cải thiện rõ rệt: Sau khi điều chỉnh thông số bảo vệ theo nguyên tắc phối hợp đặc tính thời gian phụ thuộc, tỷ lệ nhảy vượt cấp giảm từ khoảng 15% xuống dưới 3%, đảm bảo tính chọn lọc và giảm thiểu sự cố không cần thiết trên lưới điện.

3. Hiệu quả vận hành lưới điện được nâng cao: Việc phối hợp bảo vệ tốt giúp giảm thời gian mất điện trung bình (SAIDI) cho khách hàng xuống khoảng 20%, đồng thời giảm tổn thất điện năng do sự cố và cắt điện không hợp lý.

4. Khả năng giám sát và điều khiển từ xa còn hạn chế: Hệ thống hiện tại chỉ cho phép truy cập và cài đặt thông số trên từng Recloser riêng lẻ, chưa có phần mềm tổng quan để giám sát đồng thời nhiều thiết bị, gây khó khăn trong việc xử lý sự cố nhanh chóng.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của các tồn tại trước đây là do đặc tính bảo vệ của các Recloser được cài đặt độc lập, không đồng bộ về thời gian tác động, dẫn đến hiện tượng mất chọn lọc và nhảy vượt cấp. Việc sử dụng phần mềm ETAP để mô hình hóa và tính toán phối hợp bảo vệ đã giúp khắc phục nhược điểm này bằng cách xác định chính xác các thông số dòng điện và thời gian cần thiết cho từng thiết bị.

So sánh với các nghiên cứu trong ngành, kết quả phối hợp bảo vệ đạt được tương đương hoặc vượt trội hơn nhờ áp dụng chuẩn IEC 60909 và mô hình hóa chi tiết lưới điện. Việc giảm tỷ lệ nhảy vượt cấp và cải thiện SAIDI có ý nghĩa lớn trong việc nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, đặc biệt trong điều kiện lưới điện có nhiều mạch vòng và thay đổi kết dây thường xuyên như tại Lạng Sơn.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ dòng ngắn mạch tại các vị trí khác nhau, biểu đồ so sánh tỷ lệ nhảy vượt cấp trước và sau khi điều chỉnh, cũng như bảng tổng hợp các thông số cài đặt bảo vệ trên từng Recloser. Các biểu đồ này giúp minh họa rõ ràng hiệu quả của phương pháp phối hợp bảo vệ được nghiên cứu.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Nâng cấp hệ thống giám sát và điều khiển tập trung: Triển khai phần mềm giám sát online cho phép theo dõi đồng thời trạng thái và thông số của tất cả các Recloser trên lưới điện trung áp 22 kV. Mục tiêu giảm thời gian xử lý sự cố xuống dưới 10 phút, thực hiện trong vòng 12 tháng, do Công ty Điện lực Lạng Sơn chủ trì.

2. Áp dụng phần mềm chuyên dụng trong tính toán và cài đặt bảo vệ: Sử dụng phần mềm ETAP hoặc tương đương để tính toán phối hợp bảo vệ, tránh việc tính toán thủ công tốn thời gian và dễ sai sót. Thời gian áp dụng ngay trong năm 2021, do bộ phận kỹ thuật vận hành đảm nhận.

3. Đào tạo nâng cao năng lực cho cán bộ vận hành: Tổ chức các khóa đào tạo về phương pháp phối hợp bảo vệ, cài đặt thông số Recloser và sử dụng phần mềm giám sát mới. Mục tiêu nâng cao kỹ năng vận hành và xử lý sự cố, thực hiện trong 6 tháng, do phòng đào tạo phối hợp với nhà cung cấp thiết bị.

4. Mở rộng mạch vòng và cải thiện kết nối lưới điện: Xây dựng thêm các mạch vòng kết nối giữa các lộ đường dây để tăng tính linh hoạt trong cấp điện và hỗ trợ lẫn nhau khi có sự cố. Kế hoạch thực hiện trong 2-3 năm, phối hợp giữa Công ty Điện lực và các đơn vị quy hoạch điện lực.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Cán bộ kỹ thuật và vận hành lưới điện phân phối: Nghiên cứu giúp hiểu rõ phương pháp phối hợp bảo vệ, cách cài đặt thông số Recloser và sử dụng phần mềm mô phỏng, từ đó nâng cao hiệu quả vận hành và xử lý sự cố.

2. Nhà quản lý và hoạch định chính sách ngành điện: Cung cấp cơ sở khoa học để xây dựng các chính sách nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, phát triển lưới điện thông minh và đầu tư thiết bị bảo vệ hiện đại.

3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật điện: Là tài liệu tham khảo về mô hình hóa lưới điện, tính toán ngắn mạch theo chuẩn IEC 60909 và phối hợp bảo vệ thiết bị điện trong lưới phân phối.

4. Nhà cung cấp thiết bị và phần mềm bảo vệ lưới điện: Giúp hiểu rõ yêu cầu thực tế của lưới điện trung áp tại địa phương, từ đó phát triển sản phẩm phù hợp và hỗ trợ kỹ thuật hiệu quả hơn.

Câu hỏi thường gặp

1. Recloser là gì và vai trò của nó trong lưới điện?
   Recloser là máy cắt tự động có khả năng đóng lại sau khi cắt mạch do sự cố thoáng qua. Nó giúp giảm thời gian mất điện và tăng độ tin cậy cung cấp điện bằng cách tự động cô lập sự cố và khôi phục cấp điện nhanh chóng.

2. Tại sao cần phối hợp bảo vệ giữa các Recloser?
   Phối hợp bảo vệ giúp đảm bảo các thiết bị bảo vệ tác động theo thứ tự ưu tiên, tránh hiện tượng nhảy vượt cấp và mất chọn lọc, từ đó giảm thiểu diện tích mất điện và tổn thất do sự cố.

3. Phần mềm ETAP được sử dụng như thế nào trong nghiên cứu này?
   ETAP được dùng để mô hình hóa lưới điện, tính toán dòng ngắn mạch và mô phỏng phối hợp bảo vệ các Recloser, giúp xác định thông số cài đặt chính xác và hiệu quả.

4. Các khó khăn khi vận hành lưới điện 22 kV tại Lạng Sơn là gì?
   Khó khăn gồm có sự thay đổi kết dây thường xuyên, khoảng cách các Recloser gần nhau gây khó khăn trong cài đặt, tính toán thủ công tốn thời gian và hệ thống giám sát chưa đồng bộ.

5. Làm thế nào để nâng cao hiệu quả vận hành lưới điện trung áp?
   Nâng cao hiệu quả bằng cách áp dụng phần mềm chuyên dụng trong tính toán bảo vệ, nâng cấp hệ thống giám sát tập trung, đào tạo nhân viên và mở rộng mạch vòng kết nối lưới điện.

Kết luận

• Nghiên cứu đã mô hình hóa thành công lưới điện trung áp 22 kV tỉnh Lạng Sơn, tập trung vào hai lộ đường dây 472 và 473, sử dụng phần mềm ETAP để tính toán dòng ngắn mạch và phối hợp bảo vệ.
• Phương pháp phối hợp bảo vệ theo đặc tính thời gian phụ thuộc giúp giảm tỷ lệ nhảy vượt cấp từ khoảng 15% xuống dưới 3%, nâng cao tính chọn lọc và độ tin cậy cung cấp điện.
• Việc cài đặt thông số bảo vệ trên thiết bị thực tế được thực hiện hiệu quả qua phần mềm WSOS5 và CMS, đảm bảo vận hành ổn định và liên tục.
• Đề xuất nâng cấp hệ thống giám sát tập trung, áp dụng phần mềm chuyên dụng và đào tạo nhân viên nhằm nâng cao hiệu quả vận hành lưới điện trong thời gian tới.
• Các bước tiếp theo bao gồm triển khai phần mềm giám sát online, mở rộng mạch vòng kết nối và tiếp tục nghiên cứu nâng cao tính tự động hóa cho lưới điện phân phối.

Quý độc giả và các đơn vị liên quan được khuyến khích áp dụng kết quả nghiên cứu để nâng cao hiệu quả vận hành và phát triển bền vững hệ thống điện trung áp tại địa phương.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Giới thiệu lưới điện trung áp tỉnh Lạng Sơn 1.1 Nguồn điện Khu vực Lạng Sơn được cấp nguồn chủ yếu từ Nhà máy nhiệt điện Na Dương công suất 110MVA và 4 nhà máy thủy điện: Cấm Sơn (4,5 MW), Bản Quyền (1 MW), Bắc Khê (2,4 MW), Thác Xăng (20 MW). Trong đó nhà máy thủy điện Thác Xăng hòa vào lưới 110 kV, các nhà máy thủy điện khác kết nối lưới trung áp. Lưới 110 kV có liên kết với các tỉnh Bắc Giang, Quảng Ninh và Cao Bằng. Lưới trung áp có liên kết mạch vòng 35kV với 05 tỉnh Bắc Giang, Quảng Ninh, Thái nguyên, Cao Bằng và Bắc Cạn.

Hiện đang nhận hỗ trợ nguồn qua các mạch vòng trung áp với công suất 16 MW. Ngoài ra hiện TKV – Tập đoàn công nghiệp than khoáng sản Việt nam đang triển khai dự án Nhiệt điện Na Dương II, công suất 110 MVA dự kiến đóng điện năm 2020. Đặc điểm của các nhà máy điện trên địa bàn tỉnh Lạng Sơn được mô tả trong Bảng 1. 1 Các nhà máy điện trên địa bàn tỉnh Lạng Sơn Công suất, Điện áp, TT Tên nhà máy Địa điểm Số tổ máy MW kV 1 NĐ.

Lộc Bình 2 2x55 110 2 TĐ Thác Xăng H. Bình Gia 2 2x10 110 3 TĐ Cấm Sơn H. Hữu Lũng 3 3x1,5 35 4 TĐ Bản Quyền H.2 Trạm biến áp 110 kV Toàn bộ phụ tải tỉnh Lạng Sơn được cấp điện từ 4 trạm 110 kV là Lạng Sơn (E13.2) công suất 2x40 MVA - điện áp 110/35/22 kV; Đồng Mỏ (E13.1) công suất 2x25 MVA - 110/35/22 kV; Đồng Đăng (E13.6) công suất 2x40 MVA - 110/35/22 kV 2 và XM Đồng Bành (E13.4) công suất 25 MVA -110/6 kV là trạm chuyên dùng cấp cho nhà máy xi măng Đồng Bành. Thông số vận hành của các TBA 110kV trên địa bàn tỉnh Lạng Sơn theo như Bảng 1.

2 Thông số vận hành và nhu cầu phụ tải các trạm biến áp 110 kV Công suất định Pmax, Pmin, Mang tải, TT Tên TBA mức, MVA MW MW % 1 Đồng Mỏ (E13. Lưới điện 110 kV tỉnh Lạng Sơn Lưới điện 110kV được liên kết với hệ thống điện miền Bắc qua 03 đường dây: - Đường dây 110 kV Lạng Sơn - Quảng Uyên, dây dẫn AC-185, chiều dài 114,135km liên kết lưới điện 110 kV tỉnh Cao Bằng; - Đường dây 110 kV XM Đồng Bành - Bắc Giang, dây dẫn AC-150, chiều dài 50km liên kết lưới điện 110 kV tỉnh Bắc Giang; - Đường dây 110 kV Na Dương - Tiên Yên, dây dẫn AC-240, chiều dài 61,83 km liên kết lưới điện 110 kV tỉnh Quảng Ninh. Ngoài ra, còn có các đường dây 110 kV liên kết các trạm 110 kV trên địa bàn tỉnh và nhà máy nhiệt điện Na Dương: - Đường dây 110 kV mạch kép Na Dương - Lạng Sơn, dây dẫn AC-185, chiều dài 38,5 km; - Đường dây 110 kV Lạng Sơn - Đồng Mỏ, dây dẫn AC-185, chiều dài 40,2 km; 3 - Đường dây 110 kV Đồng Mỏ - XM Đồng Bành, dây dẫn AC-150, chiều dài 12km. Chi tiết thông số vận hành các tuyến đường dây 110 kV trên địa bàn tỉnh Lạng Sơn trong năm 2019 trong Bảng 1.

3 Thông số, tình hình vận hành các đường dây 110 kV Chiều Số Dây dẫn, Pmax, Mang tải TT Tên tuyến dây dài, mạch mm2 MW (%) km 171A13.0 Na dương - 1 1 AC-185 41.1 Đồng Mỏ - 2 1 AC-185 38.0 Na dương - 3 1 AC-185 41.0 Na Dương - 5 1 AC-185 34.4 Đồng Bành 7 1 AC-150 12.1 Đồng Mỏ b, Lưới điện trung áp: - Trạm biến áp 110 kV Đồng Mỏ xã Quang Lang – huyện Chi Lăng với công suất 2x25 MVA -110/38,5/10,5 kV với các xuất tuyến ngăn lộ đường dây + Lộ 372: Cấp điện cho một phần phụ tải huyện Chi Lăng và là lộ đường dây dự phòng cấp điện cho 1 phần huyện Hữu Lũng khi cần thiết chiều dài 21,2km và Pmax = 1,2MW. 4 + Lộ 373: Cấp điện cho phụ tải dọc đường 1A từ trạm 110kV lên phía TP Lạng Sơn, cấp điện các xã Mai sao, Nhân lý, Quan Sơn đường trực đường dây có liên kết mạch vòng với đường dây 375E13.2 Lạng Sơn tổng chiều dài 21,2km và Pmax = 10,4MW. + Lộ 374: Dự phòng + Lộ 375: Cấp điện một phần huyện Chi Lăng, một phần huyện Văn Quan, Bình Gia và toàn bộ huyện Bắc Sơn tổng chiều dài lộ dây 375,865km và Pmax = 13,3MW. + Lộ 377: Cấp điện một phần huyện Chi Lăng và thường xuyên cấp hỗ trợ cấp điện lộ 379 Hữu Lũng tổng chiều dài 13,393km và Pmax = 1,2MW.

- Trạm biến áp 110kV Lạng Sơn với công suất 2x40MVA -110/38,5/23kV với các xuất tuyến ngăn lộ đường dây + Lộ 373: Cấp điện cho một phần phụ tải huyện Cao lộc và toàn bộ huyện Lộc Bình, Đình Lập chiều dài 526,894km và Pmax = 18,9MW. + Lộ 374: Dự phòng + Lộ 375: Cấp điện cho một phần khu vực Thành phố và một phần nhỏ huyện Văn Quan tổng chiều dài 108,062km và Pmax = 2,7MW. + Lộ 376: Cấp điện một phần huyện Cao Lộc tổng chiều dài 116,007km và Pmax = 4MW. + Lộ 471: Cấp điện khu vực Thành Phố tổng chiều dài 26,4km và Pmax = 13,02MW.

+ Lộ 472: Cấp điện khu vực Thành Phố, một phần huyện Cao Lộc tổng chiều dài 47,63km và Pmax = 8,5MW. + Lộ 473: Cấp điện khu vực Thành Phố tổng chiều dài 20,07km và Pmax = 15,9MW. + Lộ 474: Cấp điện khu vực Thành Phố tổng chiều dài 11,19 km và Pmax = 12,7 MW. + Lộ 475: Dự phòng + Lộ 476: Cấp điện khu vực Thành phố tổng chiều dài 21,64 km và Pmax = 6 MW.

- Trạm biến áp 110kV Đồng Đăng với công suất 2x40 MVA -110/38,5/23 kV với các xuất tuyến ngăn lộ đường dây. + Lộ 372: Cấp điện cho khu vực cửa khẩu Tân Thanh huyện Văn lãng chiều dài 57,496 km và Pmax = 4,1 MW. 5 + Lộ 374: Cấp điện cho khu vực Hồng Phong huyện Cao Lộc chiều dài 17,767 km và Pmax = 13,2 MW. + Lộ 375: Cấp điện khu vực của khẩu Hữu Nghị huyện Cao Lộc tổng chiều dài 21,404 km và Pmax = 5 MW.

+ Lộ 376: Dự Phòng + Lộ 377: Cấp điện Khu vực Na Sầm huyện Văn Lãng và toàn bộ huyện Tràng Định tổng chiều dài 428,668 km và Pmax = 22,6 MW. + Lộ 471: Cấp điện khu vực Thị trấn Đồng Đăng huyện Cao Lộc tổng chiều dài 8,71 km và P max = 6,1 MW. + Lộ 473: Liên lạc hỗ trợ trạm 110 kV Thành Phố 8,19 km và Pmax = 2 MW. - Trạm biến áp 110 kV Hữu Lũng với công suất 2x40 MVA -110/38,5/23 kV với các xuất tuyến ngăn lộ đường dây.

+ Lộ 371: Dự phòng. + Lộ 373: Cấp điện cho khu vực thị trấn huyện Hữu Lũng chiều dài 25,34 km và Pmax = 9,2 MW. + Lộ 375: Cấp điện khu vực Đồng Tân, Hữu Liên tổng chiều dài 42,9km và Pmax = 3,5 MW. + Lộ 377: Cấp điện khu vực xã Yên Bình, xã Quyết Thắng tổng chiều dài chiều dài 74,6 km và Pmax = 1,5 MW.

+ Lộ 379: Cấp điện dọc quốc lộ 1A liên lạc mạch vòng với đường dây lộ 372E13.1 Đồng Mỏ tổng chiều dài chiều dài 16,33 km và Pmax = 1,5 MW. + Lộ 381: Cấp điện dọc quốc lộ 1A và khu vực Hòa Lạc, Hòa Sơn tổng chiều dài chiều dài 52,5 km và Pmax = 4,5 MW. 4 Thông số, tình hình vận hành các đường dây trung áp Vận hành Mang Tiết diện Chiều dài Ghi TT Tên đường dây Icp Pmax tải (mm2) (km) chú (A) (MW) (%) A Cấp điện áp 35kV I TBA 110kV Lạng Sơn 6 Vận hành Mang Tiết diện Chiều dài Ghi TT Tên đường dây Icp Pmax tải (mm2) (km) chú (A) (MW) (%) 1 373E13.2 95,70, 50 126,536 330 2,4 11 II TBA 110kV Đồng Mỏ 120, 95,70, 5 372E13.1 95,70, 50 16,331 330 1,7 8 III TBA 110kV Đồng Đăng 120, 95,70, 11 372E13.6 Dự phòng 120, 95,70, 10 374E13.6 120 1,1 390 12,4 49 7 Vận hành Mang Tiết diện Chiều dài Ghi TT Tên đường dây Icp Pmax tải (mm2) (km) chú (A) (MW) (%) IV TBA 110kV Hữu Lũng 120, 95,70, 15 373E13.7 74,957 390 3,8 15 50 B Cấp điện áp 22kV TBA 110kV Lạng Sơn ACX-150; 1 471E13.2 14,823 390 4,9 32 95;70;50 TBA 110kV Đồng Đăng 120,95, 70, 6 471E13.6 7,605 390 0,6 4 50 8 Vận hành Mang Tiết diện Chiều dài Ghi TT Tên đường dây Icp Pmax tải (mm2) (km) chú (A) (MW) (%) 120,95, 70, 7 473E13.1 70,50 7,818 265 0,5 11 TG Tràng Định 2 70,50 94,938 265 3,6 76 971+973 TG Văn Quan 3 70,50 37,009 265 1,1 22 971+973 TG Bắc Sơn 4 70,50 48,22 265 3,0 65 971+973 974 TG Hữu 5 70,50 22,737 265 2,3 49 Lũng 1 972 TG Hữu 6 95,70,50 10,826 330 1,4 23 Lũng 1 971 TG Hữu 7 70,50 23,167 265 1,2 26 Lũng 2 973 TG Hữu 8 70,50 16,273 265 1,4 29 Lũng 2 1.2 Hệ thống bảo vệ rơ le hiện tại trong lưới điện trung áp 22 kV tỉnh Lạng Sơn 1.1 Phương thức vận hành lưới điện, đặc điểm lưới điện - Lưới điện 22 kV tỉnh Lạng Sơn gồm 07 lộ đường dây, cấp điện cho các phụ tải quan trọng (khu vực Thành Phố, thị trấn). - Các đường dây vận hành hình tia đa số các đường dây này đều được liên kết mạch vòng, vận hành hở với nhau (hỗ trợ cấp điện khi cần thiết nâng cao độ tin cậy cung cấp điện).

9 - Để đảm bảo nâng cao độ tin cậy các lộ đường dây 22kV này thường xuyên cấp điện qua lại lẫn nhau, do phụ tải tương đối lớn không thể cấp điện hoàn toàn mà chỉ cấp điện một phần phụ tải hỗ trợ. Tuy nhiên với sự thay đổi cấp điện này đồng nghĩa với việc trào lưu công suất trên lộ đường dây thay đổi, phối hợp các thiết bị bảo vệ trên lưới cũng cần phải phù hợp (trị số, thời gian tác động) đảm bảo tác động chọn lọc lưới điện. - Do phụ tải của lộ đường dây này tập trung nên bán kính cấp điện không lớn, tiết diện dây dẫn đường trục các lộ đường dây AC/XLPE 150, 120, 95 tổn thất điện năng tương đối thấp (1,39%). Tạm thời đảm bảo yêu cầu độ tin cậy cung cấp điện và tổn thất điện năng.2 Các thiết bị bảo vệ trên lưới điện a.

Xuất tuyến 22 kV - Tất cả các xuất tuyến 22kV đều được trang bị rơle Siemen 7SJ66: + Rơle số 7SJ66 Rơle là hợp bộ rơle bảo vệ xuất tuyến trung áp, cao áp hoặc đường dây siêu cao áp. Rơle 7SJ66 có đầy đủ các chức năng bảo vệ dòng điện, điện áp, tần số, đóng lặp lại,.