Giới thiệu dự án

Khu công nghiệp Tràng Duệ (Hải Phòng) là một trong những trọng điểm kinh tế công nghiệp phía Bắc, nơi tập trung các tổ hợp công nghệ cao quy mô lớn như LG Electronics, LG Display và hàng loạt doanh nghiệp phụ trợ. Để đảm bảo nguồn năng lượng liên tục, ổn định và an toàn tuyệt đối, công trình Trạm biến áp (TBA) 110kV Tràng Duệ (mã hiệu E2.21) đóng vai trò là "trái tim" cung cấp điện năng cho toàn bộ khu vực huyện An Dương, huyện An Lão và các nhà máy công nghiệp lân cận.

Tuy nhiên, Việt Nam nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa có mật độ dông sét cao (trung bình từ 80 đến 100 ngày dông/năm, mật độ sét đánh đất $N_g$ đạt từ 4 đến 10 cú sét/$\text{km}^2$/năm). Khi sét đánh trực tiếp vào trạm hoặc lan truyền từ đường dây truyền tải 110kV vào, biên độ dòng sét có thể lên tới $100 - 200\text{ kA}$, gây ra sóng quá điện áp khí quyển vượt quá mức chịu đựng xung sét ($BIL = 650\text{ kV}$) của thiết bị phân phối ngoài trời. Nếu không có hệ thống bảo vệ toàn diện, hiện tượng chọc thủng cách điện máy biến áp chính ($63\text{ MVA}$), nổ máy cắt SF6 hay phá hủy rơ le kỹ thuật số sẽ gây rã lưới cục bộ và thiệt hại hàng triệu USD cho các dây chuyền sản xuất bán dẫn, điện tử.

                  +----------------------------------------------+
                  |  Đường dây 220kV từ trạm 220kV Đồng Hòa      |
                  +-----------------------+----------------------+
                                          |
                                          v
                  +----------------------------------------------+
                  |    Trạm biến áp 110kV Tràng Duệ (E2.21)      |
                  |  - 02 MBA 63MVA - 115/38.5/23kV (EEMC)       |
                  |  - Hệ thống máy cắt SF6 GL312-F1 123kV/40kA   |
                  |  - Hệ thống tủ hợp bộ 35kV & 22kV chân không |
                  +-----------------------+----------------------+
                                          |
                     +--------------------+--------------------+
                     |                                         |
                     v                                         v
+---------------------------------------+   +---------------------------------------+
|  Phụ tải trung thế 35kV               |   |  Phụ tải trung thế 22kV               |
|  - Huyện An Dương, An Lão             |   |  - Tổ hợp LG Electronics Hải Phòng    |
|  - Các nhà máy công nghiệp nhẹ        |   |  - KCN Tràng Duệ phân kỳ 1 & 2        |
+---------------------------------------+   +---------------------------------------+

Đồ án tốt nghiệp đại học "Tìm hiểu trạm biến áp 110kV Tràng Duệ và Thiết kế hệ thống chống sét cho trạm biến áp 110kV" giải quyết bài toán cốt lõi về bảo vệ chống quá điện áp khí quyển và an toàn nối đất cho trạm E2.21.

Mục tiêu của dự án:

  1. Khảo sát và chuẩn hóa thông số kỹ thuật: Phân tích cấu trúc vận hành, đặc tính thiết bị nhất thứ và nhị thứ của TBA 110kV Tràng Duệ gồm 02 máy biến áp $63\text{ MVA} - 115/38.5/23\text{ kV}$ (Đông Anh sản xuất), máy cắt khí $\text{SF}_6$ GL312-F1, rơ le tự động điều áp REG-DA / SPAU 341 C1 và hệ thống đóng cắt hợp bộ trung thế.
  2. Thiết kế hệ thống chống sét đánh trực tiếp: Xây dựng mô hình tính toán hình học không gian, lựa chọn vị trí và tính toán chiều cao cột thu lôi độc lập kết hợp cột đặt trên xà nhằm bao phủ $100%$ diện tích mặt bằng trạm ở các cao độ bảo vệ $11\text{ m}$, $7.5\text{ m}$ và $6\text{ m}$.
  3. Tính toán hệ thống nối đất an toàn và chống sét: Thiết kế mạng lưới tiếp địa mạch vòng kết hợp cọc thép góc mạ kẽm chôn sâu $1.5\text{ m}$, đảm bảo điện trở tản xoay chiều $R_{nd} \le 0.5,\Omega$ và không xảy ra hiện tượng phóng điện ngược.
  4. Bảo vệ chống sét lan truyền từ đường dây 110kV: Đánh giá phối hợp cách điện giữa đoạn dây chống sét $1.5 - 2\text{ km}$ đầu trạm với chống sét van oxit kim loại (MOA) kiểu PSC75Y96L và PCS54YL bảo vệ đầu cực máy biến áp.

Phân tích và thiết kế giải pháp

Phân tích hiện trạng

Tại các trạm biến áp truyền tải và phân phối $110\text{ kV}$, việc bảo vệ chống sét thường áp dụng phương án dùng toàn bộ kim thu sét độc lập hoặc kết hợp gắn kim thu sét trên đỉnh xà phân phối ngoài trời.

Tiêu chí phân tích Phương án Cột thu lôi độc lập hoàn toàn Phương án Kết hợp Cột trên xà và Cột độc lập Phương án Dây thu lôi treo trên xà
Phạm vi bảo vệ Rộng, linh hoạt bố trí ngoài biên Tối ưu hóa độ cao sẵn có của kết cấu thép ($11\text{ m}$) Dọc theo tuyến thanh cái trạm
Nguy cơ phóng điện ngược Rất thấp (cách ly hoàn toàn kết cấu trạm) Kiểm soát được nếu nối đất xà tốt và $R_{nd} \le 4,\Omega$ Trung bình do dòng sét chạy trên xà mang điện
Chi phí đầu tư & Thi công Cao (tốn móng cột, thép cột lớn $h > 20\text{ m}$) Tiết kiệm $30 - 40%$ chi phí móng và kết cấu thép Phức tạp trong việc căng dây và bảo trì
Độ tin cậy vận hành Cao Rất cao (chuẩn hóa theo Quy chuẩn EVN) Trung bình

Yêu cầu kỹ thuật theo mức độ ưu tiên (MoSCoW):

  • Must-have (Bắt buộc): Bảo vệ an toàn tuyệt đối cho 02 máy biến áp $63\text{ MVA}$, thanh cái $110\text{ kV}$, nhà điều khiển trung tâm ($6\text{ m}$); điện trở nối đất trạm $R_{nd} \le 0.5,\Omega$; khoảng cách an toàn không khí giữa cột thu lôi trên xà và dây dẫn mang điện không nhỏ hơn chiều dài chuỗi sứ ($> 1.2\text{ m}$).
  • Should-have (Nên có): Tối ưu hóa số lượng cột thu sét để giảm chi phí đầu tư; bố trí chống sét van MOA ngay sát đầu vào biến áp $\le 15\text{ m}$.
  • Could-have (Có thể mở rộng): Tích hợp thiết bị đếm sét kỹ thuật số và giám sát dòng rò liên tục qua chống sét van.
  • Won't-have (Không áp dụng): Kim thu sét phát tia tiên đạo sớm (ESE) không khuyến khích sử dụng cho sân phân phối trạm biến áp điện lực $110\text{ kV}$ truyền tải theo quy chuẩn ngành.

Thiết kế hệ thống

TBA 110kV Tràng Duệ áp dụng sơ đồ hai thanh góp có thanh góp vòng phía $110\text{ kV}$, đảm bảo khả năng chuyển đổi linh hoạt khi bảo dưỡng thiết bị mà không làm gián đoạn nguồn cấp.

                              [Đường dây 110kV Đồng Hòa - Tràng Duệ]
                                               |
                                        [DCL 110kV SGCPT]
                                               |
                                        [MC SF6 GL312-F1]
                                               |
                     ===================[Thanh cái 110kV C11, C12]===================
                                               |
                                     +---------+---------+
                                     |                   |
                             [CS Van PSC75]      [CS Van PSC75]
                                     |                   |
                              +-------------+     +-------------+
                              | MBA T1      |     | MBA T2      |
                              | 63MVA       |     | 63MVA       |
                              | 115/38.5/23 |     | 115/38.5/23 |
                              +------+------+     +------+------+
                                     |                   |
                     +---------------+                   +---------------+
                     |                                                   |
                     v                                                   v
     [Tủ hợp bộ 35kV Siemens]                            [Tủ hợp bộ 22kV Alstom]
     - MC chân không VD4/ZN85                            - MC chân không VD4 24kV/2500A
     - Xuất tuyến An Lão, KCN                            - Xuất tuyến Tổ hợp LG Electronics

Bảng thông số kỹ thuật thiết bị chính:

Thiết bị Hãng / Xuất xứ Mã hiệu / Kiểu loại Thông số định mức chính
Máy biến áp T1, T2 EEMC Đông Anh $63000\text{ kVA} - 115/38.5/23\text{ kV}$ $I_{đm110} = 316.4\text{ A}$; Chịu ngắn mạch $31.5\text{ kA}/3\text{s}$; Dầu Hyvolt Ergon
Bộ đổi nấc dưới tải (OLTC) MR (Đức) / ABB VV III 600Y-76 / UBBRN-300 $600\text{ A}$, $76\text{ kV}$, 19 nấc ($\pm 9 \times 1.78%$), Rơle tự động REG-DA
Máy cắt 110kV Alstom / Schneider (Đức) GL312-F1 SF6 $123\text{ kV}, 40\text{ kA}/3\text{s}, BIL = 650\text{ kV}, P_{nạp} = 0.74\text{ MPa}$
Máy cắt 35kV & 22kV ABB / Alstom VD4 / ZN85 Chân không $24 - 40.5\text{ kV}, 1250 - 2500\text{ A}, I_{cđm} = 25\text{ kA}/3\text{s}$
Dao cách ly 110kV ABB (Tây Ban Nha) SGCPT-123 $123\text{ kV}, 1600\text{ A}$, Điện áp chịu xung sét $550\text{ kV}$
Chống sét van 110kV Alstom (Pháp) PSC75Y96L (Oxit kim loại) $U_r = 102\text{ kV}, U_c = 80\text{ kV}, I_n = 10\text{ kA}$
Chống sét van 35kV Alstom (Pháp) PCS54YL (Oxit kim loại) $U_r = 54\text{ kV}, U_c = 42\text{ kV}, I_n = 10\text{ kA}$

Phương pháp tính toán (Methodology)

Cơ sở tính toán bảo vệ chống sét đánh thẳng dựa trên Tiêu chuẩn Quy phạm Trang bị Điện Việt Nam (QPTBĐ-11 TCVN) và tài liệu Kỹ thuật Cao áp.

  1. Điều kiện bảo vệ nhóm đa cột: Để toàn bộ diện tích bên trong đa giác tạo bởi các cột thu lôi được bảo vệ an toàn ở độ cao $h_x$, chiều cao tác dụng $h_a = h - h_x$ phải thỏa mãn: $$D \le 8 \cdot h_a \iff h_a \ge \frac{D}{8}$$ Trong đó $D$ là đường kính đường tròn ngoại tiếp đa giác (tam giác, tứ giác) tạo bởi các chân cột thu sét.

  2. Công thức bán kính bảo vệ cột đơn ($h \le 30\text{ m}$):

    • Khi $h_x \le \frac{2}{3}h$: $$r_x = 1.5 \cdot h \cdot \left(1 - \frac{h_x}{0.8 \cdot h}\right) \quad \text{hoặc} \quad r_x = 1.6 \cdot p \cdot h \cdot \frac{h - h_x}{h + h_x}$$
    • Khi $h_x > \frac{2}{3}h$: $$r_x = 0.75 \cdot h \cdot \left(1 - \frac{h_x}{h}\right)$$

  3. Phạm vi bảo vệ giữa hai cột có cùng độ cao ($a \le 7h$):

    • Độ cao thu hẹp lớn nhất ở giữa hai cột: $$h_0 = h - \frac{a}{7}$$
    • Bán kính bảo vệ tại độ cao $h_x$ ở khoảng giữa hai cột ($r_{0x}$): $$r_{0x} = 1.5 \cdot h_0 \cdot \left(1 - \frac{h_x}{0.8 \cdot h_0}\right) \quad \text{khi } h_x \le \frac{2}{3}h_0$$ $$r_{0x} = 0.75 \cdot \left(h_0 - h_x\right) \quad \text{khi } h_x > \frac{2}{3}h_0$$

Implementation và kết quả

Quy trình tính toán kỹ thuật

import math

def calculate_heron_diameter(a, b, c):
    """
    Tính đường kính đường tròn ngoại tiếp tam giác tạo bởi 3 cột thu lôi
    sử dụng công thức Heron.
    """
    p = (a + b + c) / 2.0
    area = math.sqrt(p * (p - a) * (p - b) * (p - c))
    R = (a * b * c) / (4.0 * area)
    D = 2.0 * R
    return D

def evaluate_protection_zone(h, hx, a):
    """
    Tính toán thông số vùng bảo vệ giữa 2 cột cùng chiều cao h
    """
    h0 = h - (a / 7.0)
    if hx > (2.0 / 3.0) * h0:
        r0x = 0.75 * (h0 - hx)
    else:
        r0x = 1.5 * h0 * (1.0 - (hx / (0.8 * h0)))
    
    # Bán kính cột đơn tại hx
    if hx <= (2.0 / 3.0) * h:
        rx = 1.5 * h * (1.0 - (hx / (0.8 * h)))
    else:
        rx = 0.75 * h * (1.0 - (hx / h))
        
    return {"h0": round(h0, 2), "r0x": round(r0x, 2), "rx": round(rx, 2)}

# Dữ liệu tính toán thực tế cho trạm 110kV Tràng Duệ (Nhóm cột 1, 2, 3)
a12, a13, a23 = 27.0, 16.25, 17.9
D_123 = calculate_heron_diameter(a12, a13, a23)
ha_min = D_123 / 8.0

print(f"Đường kính D (cột 1-2-3): {D_123:.2f} m")
print(f"Chiều cao tác dụng tối thiểu ha: {ha_min:.2f} m")
# Output: D = 27.84 m, ha_min = 3.48 m

Kết quả tính toán thiết kế phương án 1

Phương án 1 lựa chọn bố trí 07 cột thu lôi:

  • Cột số (1) và (2) gắn trực tiếp trên xà trạm cao $11\text{ m}$ (chiều cao kim $6\text{ m}$, tổng độ cao $h = 17\text{ m}$).
  • Cột số (3), (4), (5) là cột độc lập cao $17\text{ m}$ bảo vệ sân $110\text{ kV}$.
  • Cột số (6), (7) là cột độc lập cao $12\text{ m}$ bảo vệ khu vực phòng phân phối $35\text{ kV} / 22\text{ kV}$ và nhà điều khiển ($h_x = 6\text{ m}$).

Bảng tổng hợp thông số hình học và bán kính bảo vệ (Phương án 1):

Cặp cột phối hợp Khoảng cách $a$ (m) Chiều cao $h$ (m) Độ cao $h_0$ (m) Cao độ bảo vệ $h_x$ (m) Bán kính $r_x$ (m) Bán kính giữa $r_{0x}$ (m) Kết luận an toàn
Cột 1 - 2 $27.00$ $17.00$ $13.14$ $11.00$ $4.88$ $1.60$ Đạt chuẩn an toàn
Cột 1 - 5 $22.85$ $17.00$ $13.74$ $11.00$ $4.88$ $2.06$ Đạt chuẩn an toàn
Cột 2 - 4 $23.56$ $17.00$ $13.63$ $11.00$ $4.88$ $1.97$ Đạt chuẩn an toàn
Cột 4 - 7 $26.90$ $17 - 12$ $8.69$ $6.00$ $4.88 - 6.75$ $2.02$ Đạt chuẩn an toàn
Cột 5 - 6 $26.90$ $17 - 12$ $8.69$ $6.00$ $4.88 - 6.75$ $2.02$ Đạt chuẩn an toàn
Cột 6 - 7 $38.00$ $12.00$ $6.57$ $6.00$ $6.75$ $0.43$ Đạt chuẩn an toàn 
        SÂN PHÂN PHỐI 110kV (hx = 11m)                     NHÀ ĐIỀU KHIỂN & PP 35/22kV (hx = 6m)
  +-----------------------------------------+             +-----------------------------------------+
  |  (1) [Trên xà 17m]       (2) [Trên xà 17m]|             |                                         |
  |     *-------------------------*         |             |                                         |
  |     | \                     / |         |             |                                         |
  |     |   \      (3)        /   |         |             |     (6) [Cột độc lập 12m]               |
  |     |     \  [Độc lập]  /     |         |             |        *-----------------------*        |
  |     |       \  17m    /       |         |             |        |                       |        |
  |     |         \  |  /         |         |             |        |   Nhà điều phối 6m    |        |
  |     |           \|/           |         |             |        |                       |        |
  |     *------------*------------*         |             |        *-----------------------*        |
  |  (5) [Độc lập]         (4) [Độc lập]    |             |     (7) [Cột độc lập 12m]               |
  |      17m                    17m         |             |                                         |
  +-----------------------------------------+             +-----------------------------------------+

Đánh giá nối đất và chống sét lan truyền

  1. Hệ thống nối đất trạm:

    • Sử dụng hệ thống tiếp địa mạch vòng đẳng thế kết hợp giữa các thanh thép dẹt $40 \times 4\text{ mm}$ đặt sâu $0.8\text{ m}$ và các cọc thép góc mạ kẽm $L63 \times 63 \times 6\text{ mm}$ dài $2.5\text{ m}$ đóng sâu cách mặt đất $1.5\text{ m}$.
    • Kết quả tính toán điện trở nối đất nhân tạo đạt $R_{nd} = 0.42,\Omega$ (thỏa mãn tiêu chuẩn $R_{nd} \le 0.5,\Omega$ đối với trạm có dòng ngắn mạch lớn phía $110\text{ kV}$ là $31.5\text{ kA}$).
    • Tại chân các cột thu lôi số (1) và (2) gắn trên xà, bổ sung chùm cọc tiếp địa tập trung cục bộ để tản nhanh dòng sét ($i_s$), khống chế điện trở xung kích $R_{xk} \le 4,\Omega$, triệt tiêu hoàn toàn khả năng phóng điện ngược từ thân xà vào chuỗi sứ đỡ thanh cái.

  2. Bảo vệ chống sóng truyền vào trạm:

    • Khoảng vượt đường dây $110\text{ kV}$ từ cột cổng vào trạm được bảo vệ bằng dây chống sét treo liên tục suốt chiều dài $1.8\text{ km}$ đầu trạm.
    • Chống sét van MOA kiểu không khe hở PSC75Y96L đặt cách đầu cực sứ MBA $8.5\text{ m}$ (nằm gọn trong phạm vi cho phép $< 15\text{ m}$), đảm bảo biên độ sóng điện áp tới cuộn cao thế không vượt quá $75%$ mức cách điện cơ bản $BIL$ ($650\text{ kV}$).

Đổi mới và đóng góp

  • Tối ưu hóa kết cấu cơ điện: Thay vì sử dụng toàn bộ 7 cột thu lôi độc lập cồng kềnh, giải pháp đặt 2 cột thu lôi trực tiếp lên kết cấu xà thép đỡ thanh cái $110\text{ kV}$ đã tận dụng chiều cao sẵn có ($11\text{ m}$), giảm chiều dài kim thu sét xuống còn $6\text{ m}$, giúp tiết kiệm $32.5%$ khối lượng thép chế tạo và diện tích chiếm đất của móng cột.
  • Tính toán chính xác bằng giải thuật Hê-rông: Ứng dụng giải thuật giải tích tam giác giải quyết bài toán độ cao tác dụng $h_a$, loại bỏ sai số ước lượng hình học truyền thống, đảm bảo vùng bảo vệ đa cột khép kín $100%$ không có "vùng chết" điện trường.
  • Phối hợp bảo vệ đa tầng: Kết hợp đồng bộ giữa bảo vệ chống sét đánh thẳng (kim thu lôi), chống sét lan truyền (dây chống sét + chống sét van oxit kim loại MOA) và mạng tiếp địa đẳng thế khép kín, nâng cao độ ổn định điện áp cho các phụ tải công nghệ cao nhạy cảm với sụt áp (như nhà máy LG).

Ứng dụng thực tế và triển khai

+-------------------------------------------------------------------------------+
|                      QUY TRÌNH THI CÔNG VÀ KIỂM ĐỊNH                         |
+-------------------------------------------------------------------------------+
|                                                                               |
|  [Giai đoạn 1: Thi công hệ thống tiếp địa ngầm]                                |
|  - Đào rãnh sâu 0.8m, ép cọc L63x63x6 dài 2.5m sâu 1.5m                       |
|  - Hàn hóa nhiệt Cadweld dây đồng trần / thép dẹt 40x4mm                      |
|  - Đo kiểm điện trở nối đất mùa khô: Yêu cầu Rnd <= 0.5 Ohm                   |
|                                                                               |
|  [Giai đoạn 2: Lắp dựng cột thu sét & Chống sét van]                          |
|  - Lắp dựng 02 kim thu lôi trên xà 11m (nối tiếp địa 3 hướng độc lập)        |
|  - Lắp đặt 05 cột thu lôi độc lập bằng thép mạ kẽm nhúng nóng                 |
|  - Lắp đặt chống sét van MOA PSC75/PCS54 sát đầu cực biến áp <= 8.5m          |
|                                                                               |
|  [Giai đoạn 3: Thử nghiệm nghiệm thu & Đóng điện]                             |
|  - Thử nghiệm cao áp cách điện chuỗi sứ (Utn = 230kV/1min)                    |
|  - Đo dòng rò qua chống sét van ở điện áp làm việc cực đại Uc                 |
|  - Kiểm tra liên động máy cắt SF6, dao cách ly, đóng điện vận hành            |
|                                                                               |
+-------------------------------------------------------------------------------+

Phân tích hiệu quả kinh tế - kỹ thuật (ROI & Feasibility)

  • Ngăn ngừa tổn thất sản xuất: Mỗi đợt dừng điện do sự cố dông sét tại KCN Tràng Duệ có thể gây thiệt hại trung bình $200,000 - $500,000\text{ USD}$ đối với các dây chuyền lắp ráp bản mạch điện tử và màn hình OLED. Hệ thống chống sét thiết kế chuẩn xác triệt tiêu $99.8%$ nguy cơ sự cố do sét.
  • Tuổi thọ vận hành: Vật liệu thép mạ kẽm nhúng nóng kết hợp chống sét van $\text{ZnO}$ không khe hở của Pháp có chu kỳ bảo dưỡng kéo dài trên $15\text{ năm}$, chi phí bảo trì định kỳ chỉ chiếm $< 1.5%$ tổng mức đầu tư hàng năm.

Hạn chế và hướng phát triển

  • Hạn chế: Các phép tính cường độ dòng sét trong đồ án sử dụng mô hình sóng xung tiêu chuẩn $8/20,\mu\text{s}$ và $1.2/50,\mu\text{s}$ với dòng sét quy chuẩn $100\text{ kA}$, chưa xét đến các cú sét đánh lặp (multi-stroke lightning) có năng lượng tích lũy cực lớn trong mùa mưa bão ven biển Hải Phòng.
  • Hướng phát triển:
    1. Ứng dụng phần mềm chuyên dụng EMTP-RV hoặc ATP-Draw để mô phỏng chính xác quá trình quá độ điện từ khi sóng sét xâm nhập vào sơ đồ rút gọn của trạm.
    2. Lắp đặt hệ thống giám sát dòng rò liên tục (Online Surge Arrester Monitoring) truyền dữ liệu qua giao thức IEC 61850 về trung tâm điều khiển xa SCADA của Công ty TNHH MTV Điện lực Hải Phòng.

Đối tượng hưởng lợi

  • Sinh viên & Giảng viên ngành Kỹ thuật Điện: Nguồn tài liệu tham khảo chi tiết về tính toán thiết kế trạm biến áp phân phối $110\text{ kV}$, các biểu mẫu tính toán bán kính bảo vệ cột thu lôi và phối hợp cách điện trạm.
  • Kỹ sư vận hành và thiết kế điện: Cung cấp thông số kỹ thuật thực tế của các dòng thiết bị tiên tiến (MBA Đông Anh $63\text{ MVA}$, máy cắt $\text{SF}_6$ Alstom GL312, bộ điều áp dưới tải Đức) và phương pháp bố trí hệ thống tiếp địa đạt chuẩn.
  • Doanh nghiệp tại KCN Tràng Duệ: Đảm bảo hệ thống lưới điện vận hành an toàn, chỉ số độ tin cậy cung cấp điện (SAIDI, SAIFI) đạt mức tối ưu, giảm thiểu rủi ro gián đoạn sản xuất.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao có thể gắn kim thu lôi trực tiếp lên xà trạm 110kV mà không sợ phóng điện ngược?

Cấp điện áp $110\text{ kV}$ có mức cách điện chuỗi sứ tương đối cao (chiều dài dòng rò lớn, điện áp phóng điện xung kích $> 550\text{ kV}$). Khi gắn kim thu lôi trên xà, chỉ cần đảm bảo xà thép được nối đất bổ sung trực tiếp xuống lưới tiếp địa trạm theo ít nhất 3-4 đường tản dòng ngắn nhất để $R_{xk} \le 4,\Omega$, thì điện thế nâng cao trên đỉnh xà khi có sét đánh ($U_x = i_s \cdot R_{xk} + L \cdot \frac{di}{dt}$) vẫn nhỏ hơn mức cách điện của chuỗi sứ, triệt tiêu hoàn toàn nguy cơ phóng điện ngược sang dây dẫn mang điện.

2. Khoảng cách tối đa từ chống sét van (MOA) đến đầu cực máy biến áp là bao nhiêu?

Theo quy chuẩn thiết kế đường dây và trạm biến áp, khoảng cách lắp đặt chống sét van đến đầu cực máy biến áp phải càng ngắn càng tốt và không được vượt quá $15\text{ m}$. Tại trạm $110\text{ kV}$ Tràng Duệ, khoảng cách này được thiết kế là $8.5\text{ m}$, đảm bảo thời gian sóng quá điện áp phản xạ không làm tăng biên độ điện áp đặt lên cách điện cuộn dây máy biến áp.

3. Khí $\text{SF}_6$ trong máy cắt GL312-F1 có vai trò gì và áp suất làm việc chuẩn là bao nhiêu?

Khí lưu huỳnh hexafluoride ($\text{SF}_6$) là môi chất dập hồ quang và cách điện vượt trội (độ bền điện gấp 2.5 - 3 lần không khí ở cùng áp suất). Trong máy cắt GL312-F1 ($123\text{ kV}$), áp suất nạp khí định mức ở $20^\circ\text{C}$ là $0.74\text{ MPa}$. Khi áp suất giảm xuống $0.65\text{ MPa}$, hệ thống phát tín hiệu cảnh báo; nếu giảm đến $0.61\text{ MPa}$, rơ le sẽ tự động khóa mạch thao tác đóng cắt để ngăn ngừa sự cố nổ buồng dập hồ quang.

4. Vì sao hệ thống nối đất an toàn và nối đất chống sét của trạm 110kV được phép nối chung?

Đối với trạm biến áp có cấp điện áp từ $110\text{ kV}$ trở lên (lưới điện có dòng chạm đất lớn), việc kết nối chung toàn bộ hệ thống nối đất làm việc, nối đất bảo vệ và nối đất chống sét thành một lưới tiếp địa đẳng thế mạch vòng khép kín ($R_{nd} \le 0.5,\Omega$) giúp san bằng điện thế trên toàn bộ mặt bằng trạm, loại bỏ hoàn toàn điện áp bước và điện áp tiếp xúc nguy hiểm cho nhân viên vận hành khi có sự cố ngắn mạch hoặc dòng sét chạy qua.

5. Bộ điều áp dưới tải (OLTC) VV III 600Y-76 hoạt động như thế nào khi phụ tải biến động?

Bộ OLTC kết hợp với rơ le tự động REG-DA giám sát liên tục điện áp thanh cái. Khi phụ tải thay đổi làm điện áp lệch khỏi dải cài đặt, rơ le phát lệnh điều khiển bộ truyền động động cơ ED 100S chuyển nấc phân áp (trong phạm vi 19 nấc, bước nhảy $1.78%/\text{nấc}$) mà không cần cắt điện máy biến áp, đảm bảo duy trì ổn định điện áp cấp cho các nhà máy công nghiệp.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Tìm hiểu trạm biến áp 110kV Tràng Duệ và Thiết kế hệ thống chống sét cho trạm biến áp 110kV" là một công trình nghiên cứu ứng dụng có giá trị thực tiễn cao, bám sát cấu trúc vận hành thực tế của một trạm biến áp trọng điểm tại TP. Hải Phòng. Đề tài đã giải quyết trọn vẹn từ việc phân tích chi tiết thiết bị nhất thứ/nhị thứ công nghệ cao (máy biến áp EEMC $63\text{ MVA}$, máy cắt $\text{SF}6$, rơ le kỹ thuật số) đến tính toán thiết kế phương án chống sét đánh thẳng 7 cột tối ưu, hệ thống nối đất đẳng thế $R{nd} = 0.42,\Omega$ và giải pháp chống sét lan truyền bằng van MOA. Kết quả của đồ án cung cấp tài liệu kỹ thuật hoàn chỉnh, đáp ứng nghiêm ngặt các tiêu chuẩn an toàn cung cấp điện của Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN).