Nghiên Cứu Quá Trình Điện Áp 220kV Tại Đại Học Thái Nguyên

Quá điện áp là điện áp giữa dây dẫn pha và đất (pha-đất), giữa dây dẫn pha với pha (pha-pha) hay dọc theo chiều dài của cách điện, có giá trị đỉnh lớn hơn biên độ của điện áp pha lớn nhất của hệ thống hay thiết bị điện. Quá điện áp trong hệ thống điện được phát sinh do các nguyên nhân nội tại như các thao tác đóng cắt, sự cố, sa thải phụ tải hay do cộng hưởng được gọi chung là quá điện áp nội bộ. Quá điện áp phát sinh do các tác động từ bên ngoài như sét đánh được gọi là quá điện áp khí quyển hay quá điện áp sét. Độ lớn của quá điện áp thường lớn hơn điện áp làm việc lớn nhất cho phép của mạng lưới điện hay thiết bị điện, do vậy cần phải có các biện pháp hạn chế quá điện áp và bảo vệ chống lại các nguy cơ làm hư hỏng thiết bị điện hoặc rối loạn sự làm việc bình thường của hệ thống điện.

Việc phân tích, tính toán các loại quá điện áp xuất hiện trong hệ thống điện có cấp điện áp và cấu trúc cụ thể một cách chính xác là rất quan trọng trong việc thiết kế, phối hợp các cách điện cũng như đánh giá khả năng vận hành của các cách điện trong một hệ thống điện có sẵn. Ngoài ra, việc tính toán phân tích các loại quá điện áp quá độ trong hệ thống còn là cơ sở cho việc thiết kế các hệ thống bảo vệ chống sét, hệ thống bảo vệ và hạn chế quá điện áp nhằm giảm được chi phí thiết kế, chi phí vận hành cũng như đảm bảo cho hệ thống điện làm việc ổn định và tin cậy. Vì vậy, cần nghiên cứu kỹ lưỡng các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình điện áp.

Việc tuân thủ các tiêu chuẩn điện quốc tế và quốc gia là vô cùng quan trọng trong nghiên cứu và ứng dụng các giải pháp giảm thiểu quá điện áp. Các tiêu chuẩn như IEC và IEEE cung cấp các hướng dẫn chi tiết về cách xác định, phân tích và bảo vệ hệ thống điện khỏi quá điện áp. Nghiên cứu cần tham khảo và tuân thủ các tiêu chuẩn điện này để đảm bảo tính an toàn và hiệu quả của các giải pháp đề xuất.

Trạm biến áp 220kV Thái Nguyên có chức năng chính là chuyển đổi điện áp từ cấp cao hơn (ví dụ: 500kV) xuống cấp 220kV để phân phối điện cho khu vực Thái Nguyên và các vùng lân cận. Ngoài ra, trạm còn có nhiệm vụ đảm bảo ổn định điện áp, duy trì tần số ổn định và cân bằng công suất phản kháng trong hệ thống điện. Việc vận hành an toàn và hiệu quả của trạm có ý nghĩa quan trọng đối với việc cung cấp điện năng liên tục và tin cậy cho các hoạt động kinh tế và xã hội.

Trạm biến áp 220kV Thái Nguyên bao gồm các thiết bị chính như máy biến áp, máy cắt, dao cách ly, chống sét van, tụ bù và hệ thống điều khiển bảo vệ. Máy biến áp có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp. Máy cắt dùng để đóng cắt mạch điện. Dao cách ly để tạo khoảng cách an toàn khi bảo trì. Chống sét van để bảo vệ thiết bị khỏi quá điện áp do sét. Tụ bù để cải thiện hệ số công suất và ổn định điện áp.

Sụt áp và tăng áp là những vấn đề thường gặp trong quá trình vận hành trạm biến áp 220kV. Sụt áp có thể xảy ra do tải tăng cao hoặc đường dây truyền tải dài. Tăng áp có thể xảy ra khi tải giảm đột ngột hoặc do hiệu ứng Ferranti. Cả hai hiện tượng này đều có thể ảnh hưởng đến chất lượng điện năng và gây hư hỏng thiết bị. Do đó, cần có các biện pháp kiểm soát và điều chỉnh điện áp phù hợp.

ATP-EMTP là một phần mềm phân tích hệ thống điện mạnh mẽ, được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu và thiết kế hệ thống điện. Phần mềm có khả năng mô phỏng các quá trình quá độ điện từ, bao gồm cả quá điện áp do sét đánh, đóng cắt và các sự cố điện khác. ATP-EMTP cung cấp nhiều mô hình thành phần điện khác nhau, cho phép người dùng xây dựng mô hình hệ thống điện một cách chi tiết và chính xác.

Để xây dựng mô hình đường dây và trạm biến áp 220kV trong ATP-EMTP, cần thu thập các thông số kỹ thuật của các thành phần điện, bao gồm chiều dài đường dây, điện trở, điện cảm, điện dung, thông số máy biến áp, thông số chống sét van. Các thông số này được nhập vào phần mềm để tạo ra mô hình hệ thống điện tương ứng. Mô hình cần được kiểm tra và xác thực để đảm bảo tính chính xác.

Trước khi chạy mô phỏng, cần thiết lập các thông số như thời gian mô phỏng, bước thời gian, tần số mô phỏng và các loại sự cố điện cần nghiên cứu, ví dụ: sét đánh trực tiếp vào đường dây, đóng cắt máy cắt, ngắn mạch. Các thông số này ảnh hưởng đến kết quả mô phỏng, do đó cần lựa chọn một cách cẩn thận để đảm bảo tính chính xác và tin cậy.

Khi sét đánh vào đường dây truyền tải, dòng điện sét sẽ tạo ra quá điện áp lan truyền dọc theo đường dây và xâm nhập vào trạm biến áp. Độ lớn của quá điện áp phụ thuộc vào cường độ dòng điện sét, trở kháng sóng của đường dây và khoảng cách từ điểm sét đánh đến trạm biến áp. Quá điện áp có thể gây phóng điện bề mặt và làm hỏng các thiết bị điện trong trạm.

Quá điện áp trên các pha tại đầu cực máy biến áp có thể khác nhau do sự không đối xứng của hệ thống điện và do tác động của các thiết bị bảo vệ. Việc phân tích quá điện áp trên từng pha giúp xác định được pha nào chịu tác động lớn nhất và từ đó đưa ra các biện pháp bảo vệ phù hợp.

Quá trình đóng cắt các thiết bị điện như máy cắt, dao cách ly cũng có thể gây ra quá điện áp trong hệ thống điện. Độ lớn của quá điện áp phụ thuộc vào loại thiết bị đóng cắt, tốc độ đóng cắt và đặc tính của hệ thống điện. Việc đánh giá tác động của quá trình đóng cắt giúp lựa chọn các thiết bị đóng cắt phù hợp và thiết kế các biện pháp giảm thiểu quá điện áp.

Chống sét van là thiết bị bảo vệ quan trọng, có khả năng hạn chế quá điện áp do sét đánh và quá trình đóng cắt. Chống sét van được lắp đặt song song với thiết bị cần bảo vệ và có nhiệm vụ dẫn dòng điện sét xuống đất, bảo vệ thiết bị khỏi hư hỏng.

Tụ bù có tác dụng cải thiện hệ số công suất và ổn định điện áp trong hệ thống điện. Việc lắp đặt tụ bù giúp giảm tổn thất điện năng, tăng khả năng truyền tải điện và giảm sụt áp trên đường dây.

Hệ thống nối đất tốt có vai trò quan trọng trong việc giảm điện áp chạm và đảm bảo an toàn cho người và thiết bị. Hệ thống nối đất cần được thiết kế và bảo trì đúng cách để đảm bảo hiệu quả bảo vệ.

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng quá điện áp trong lưới điện 220kV có thể gây ra những tác động tiêu cực đến thiết bị và hệ thống điện. Các yếu tố như sét đánh, quá trình đóng cắt và tải thay đổi đều có thể gây ra quá điện áp. Việc sử dụng chống sét van, tụ bù và cải thiện hệ thống nối đất có thể giúp giảm thiểu quá điện áp.

Hướng nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc phát triển các giải pháp ổn định điện áp và ứng dụng các công nghệ lưới điện thông minh. Các công nghệ này có thể giúp cải thiện độ tin cậy, hiệu quả và khả năng tự phục hồi của hệ thống điện.

Việc tích hợp điện năng lượng tái tạo vào lưới điện có thể gây ra những thay đổi trong quá trình điện áp. Các nguồn năng lượng tái tạo như điện mặt trời và điện gió có tính chất không ổn định và có thể gây ra sụt áp hoặc tăng áp. Do đó, cần có các giải pháp điều khiển và quản lý điện áp phù hợp để đảm bảo tính ổn định của hệ thống điện.