Tổng quan nghiên cứu
Trong bối cảnh phát triển kinh tế và nhu cầu sử dụng điện ngày càng tăng, việc đảm bảo cung cấp điện liên tục, ổn định và an toàn trở thành ưu tiên hàng đầu của các công ty điện lực, đặc biệt là Tổng Công ty Điện lực Thành phố Hồ Chí Minh (EVNHCMC). Theo mục tiêu đến năm 2020, EVNHCMC hướng tới nâng cao chất lượng dịch vụ và phát triển bền vững lưới điện trung thế 22kV. Một trong những giải pháp quan trọng là thi công sửa chữa lưới điện khi đường dây đang mang điện (phương pháp live-line), nhằm giảm thiểu thời gian mất điện cho khách hàng. Tuy nhiên, quá trình đấu nối cáp ngầm 22kV vào lưới trung áp trong điều kiện live-line phát sinh dòng hồ quang, tiềm ẩn nguy cơ an toàn cho công nhân thi công.
Luận văn thạc sĩ này tập trung phân tích quá độ dòng điện trong quá trình thi công live-line đấu nối cáp ngầm 22kV vào lưới trung áp, với mục tiêu đánh giá dòng quá độ và dòng hồ quang phát sinh, từ đó đảm bảo an toàn cho người công nhân và tiến độ thi công. Nghiên cứu được thực hiện trên tuyến dây An Dương Vương thuộc địa bàn Công ty Điện lực Tân Phú, với chiều dài cáp ngầm đấu nối 120m, đường dây trên không 430m và cáp ngầm từ trạm ra 130m, sử dụng máy biến áp 630 kVA. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào mô phỏng quá trình đấu nối cáp ngầm trong điều kiện lưới điện đang mang điện, áp dụng phần mềm EMTP để mô phỏng và phân tích dòng quá độ.
Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc cung cấp cơ sở khoa học cho việc thi công live-line an toàn, giảm thiểu rủi ro do dòng hồ quang, đồng thời góp phần nâng cao hiệu quả vận hành và bảo trì lưới điện trung thế 22kV tại TP. Hồ Chí Minh và các khu vực tương tự.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu
Khung lý thuyết áp dụng
Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:
Lý thuyết quá độ điện từ trong hệ thống điện: Phân tích các hiện tượng quá độ xảy ra khi đấu nối cáp ngầm vào lưới điện đang mang điện, đặc biệt dòng quá độ và dòng hồ quang phát sinh. Quá độ được mô tả trong miền thời gian với tần số phổ biến từ 50Hz đến hàng chục kHz, phù hợp với các hiện tượng đóng cắt và sự cố tạm thời.
Mô hình mô phỏng hệ thống điện bằng phần mềm EMTP (Electromagnetic Transients Programme): EMTP là công cụ mô phỏng quá trình quá độ điện từ, điện cơ và điều khiển trong hệ thống điện đa pha. Phần mềm cho phép mô hình hóa chi tiết các phần tử như nguồn, đường dây trên không, cáp ngầm, máy biến áp và các hiện tượng quá độ trong thời gian thực.
Khái niệm dòng hồ quang và an toàn lao động trong thi công live-line: Dòng hồ quang được tính toán theo chuẩn IEEE 1584, năng lượng và áp suất sinh ra được xác định để đánh giá mức độ nguy hiểm cho công nhân. Các quy định an toàn và trang bị bảo hộ lao động là yếu tố bắt buộc trong thi công live-line.
Các khái niệm chính bao gồm: dòng quá độ, dòng hồ quang, mô hình đường dây tham số hằng, mô hình máy biến áp Dyn11, và các thông số kỹ thuật cáp ngầm 22kV.
Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu sử dụng phương pháp mô phỏng số dựa trên phần mềm EMTP để phân tích dòng quá độ và dòng hồ quang trong quá trình đấu nối cáp ngầm 22kV vào lưới trung áp đang mang điện. Cỡ mẫu mô phỏng bao gồm ba pha đấu nối tuần tự (pha A, B, C) với các chiều dài cáp ngầm đấu nối thay đổi (120m, 1000m, 2000m) nhằm đánh giá ảnh hưởng của chiều dài cáp đến dòng quá độ.
Phương pháp chọn mẫu là mô phỏng chi tiết tuyến dây An Dương Vương thuộc Công ty Điện lực Tân Phú, với các thông số kỹ thuật lấy từ cataloge nhà sản xuất và tiêu chuẩn kỹ thuật Việt Nam (TCVN 5064-1994, TCVN 5935). Phân tích dữ liệu dựa trên kết quả dòng quá độ tại điểm đấu nối, dòng hồ quang tính toán theo chuẩn IEEE 1584, năng lượng và áp suất hồ quang theo phương pháp Lee.
Timeline nghiên cứu kéo dài từ tháng 5 đến tháng 7 năm 2019, bao gồm các bước: thu thập dữ liệu kỹ thuật, thiết lập mô hình trên EMTP, chạy mô phỏng, phân tích kết quả và đối chiếu với thực tế thi công.
Kết quả nghiên cứu và thảo luận
Những phát hiện chính
Dòng quá độ khi đấu nối pha A tại chiều dài cáp 120m: Dòng quá độ lớn nhất ghi nhận là 300,303 A tại thời điểm dòng điện xoay chiều đạt cực đại, với bước nhảy mô phỏng 1ms trong chu kỳ 20ms. Dòng quá độ tương tự được ghi nhận ở pha B và C, với giá trị tối đa lần lượt là 289,158 A và 316,860 A.
Ảnh hưởng của chiều dài cáp ngầm đấu nối đến dòng quá độ: Khi chiều dài cáp ngầm tăng từ 120m lên 1000m và 2000m, dòng quá độ tại điểm đấu nối có xu hướng tăng nhẹ nhưng không đáng kể, ví dụ tại 2000m, dòng quá độ tối đa pha C đạt 359,810 A, tăng khoảng 13% so với 120m. Phổ tần số dòng quá độ cũng dày đặc hơn khi chiều dài cáp tăng.
Dòng hồ quang phát sinh trong quá trình đấu nối: Dòng hồ quang tính toán theo chuẩn IEEE 1584 cho thấy giá trị dòng hồ quang tối đa không vượt quá mức nguy hiểm, đảm bảo an toàn cho công nhân khi thi công live-line với đầy đủ trang bị bảo hộ. Năng lượng hồ quang và áp suất sinh ra cũng nằm trong giới hạn an toàn, với khoảng cách an toàn tính toán phù hợp với thực tế thi công.
Sự phù hợp giữa mô phỏng và thực tế thi công: Kết quả mô phỏng dòng quá độ và dòng hồ quang tương đồng với quan sát thực tế tại hiện trường, chứng tỏ mô hình EMTP được thiết lập chính xác và đáng tin cậy trong việc phân tích quá trình đấu nối live-line.
Thảo luận kết quả
Nguyên nhân dòng quá độ phát sinh chủ yếu do sự thay đổi đột ngột trong mạch điện khi đấu nối cáp ngầm vào lưới đang mang điện, tạo ra hiện tượng hồ quang và dòng điện quá độ. Việc sử dụng mô hình đường dây tham số hằng và mô hình máy biến áp Dyn11 trong EMTP giúp mô phỏng chính xác đặc tính điện của hệ thống.
So sánh với các nghiên cứu trong ngành, kết quả dòng quá độ và dòng hồ quang nằm trong phạm vi an toàn được chấp nhận, phù hợp với các tiêu chuẩn an toàn lao động trong thi công live-line. Việc thay đổi chiều dài cáp ngầm ảnh hưởng đến biên độ và phổ tần số dòng quá độ nhưng không làm tăng nguy cơ an toàn vượt mức.
Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ dòng quá độ theo thời gian từng pha và bảng so sánh dòng quá độ tối đa với các chiều dài cáp khác nhau, giúp trực quan hóa ảnh hưởng của các yếu tố kỹ thuật đến an toàn thi công.
Đề xuất và khuyến nghị
Áp dụng nghiêm ngặt quy trình thi công live-line: Động viên công nhân tuân thủ tuyệt đối các quy định an toàn, sử dụng đầy đủ trang bị bảo hộ lao động nhằm giảm thiểu rủi ro do dòng hồ quang. Chủ thể thực hiện: Công ty Điện lực, thời gian: liên tục trong quá trình thi công.
Sử dụng phần mềm EMTP để mô phỏng trước khi thi công: Thực hiện mô phỏng dòng quá độ và dòng hồ quang cho từng dự án đấu nối cụ thể nhằm đánh giá rủi ro và điều chỉnh phương án thi công phù hợp. Chủ thể thực hiện: Bộ phận kỹ thuật, thời gian: trước mỗi dự án thi công.
Đào tạo nâng cao kỹ năng và kiến thức cho công nhân live-line: Tổ chức các khóa huấn luyện về an toàn lao động, nhận biết và xử lý dòng hồ quang, sử dụng thiết bị bảo hộ đúng cách. Chủ thể thực hiện: Công ty Điện lực, thời gian: định kỳ hàng năm.
Mở rộng nghiên cứu và mô phỏng cho các cấp điện áp cao hơn: Phát triển mô hình EMTP cho đấu nối live-line cấp 110kV, 220kV, 500kV nhằm nâng cao khả năng ứng dụng và đảm bảo an toàn trong các hệ thống điện lớn hơn. Chủ thể thực hiện: Trung tâm nghiên cứu và phát triển, thời gian: kế hoạch 3-5 năm.
Đối tượng nên tham khảo luận văn
Kỹ sư và chuyên viên kỹ thuật điện lực: Nghiên cứu giúp hiểu rõ đặc tính dòng quá độ và dòng hồ quang trong thi công live-line, từ đó áp dụng mô phỏng EMTP để thiết kế và vận hành lưới điện an toàn.
Công nhân thi công live-line: Nắm bắt kiến thức về dòng hồ quang và các biện pháp an toàn trong quá trình đấu nối cáp ngầm 22kV, nâng cao ý thức và kỹ năng thực hành.
Nhà quản lý dự án điện lực: Sử dụng kết quả nghiên cứu để lập kế hoạch thi công, đánh giá rủi ro và đảm bảo tiến độ cũng như an toàn lao động trong các dự án sửa chữa lưới điện đang mang điện.
Giảng viên và sinh viên ngành kỹ thuật điện: Tài liệu tham khảo bổ ích cho việc giảng dạy và nghiên cứu chuyên sâu về mô phỏng quá độ điện từ, ứng dụng phần mềm EMTP trong hệ thống điện trung thế.
Câu hỏi thường gặp
Phương pháp live-line là gì và tại sao cần thiết?
Phương pháp live-line là thi công sửa chữa hoặc đấu nối trên đường dây đang mang điện, giúp giảm thời gian mất điện cho khách hàng. Ví dụ, sử dụng găng tay cách điện và xe gàu cách điện để thao tác trực tiếp trên dây điện 22kV.Phần mềm EMTP có vai trò gì trong nghiên cứu này?
EMTP mô phỏng quá trình quá độ điện từ và dòng điện trong hệ thống điện đa pha, giúp phân tích dòng quá độ và dòng hồ quang khi đấu nối cáp ngầm, từ đó đánh giá an toàn thi công.Dòng hồ quang có nguy hiểm như thế nào đối với công nhân?
Dòng hồ quang sinh ra áp suất và năng lượng lớn có thể gây bỏng hoặc tai nạn. Tuy nhiên, kết quả mô phỏng cho thấy dòng hồ quang trong điều kiện thi công live-line được trang bị bảo hộ đầy đủ là không gây nguy hiểm.Chiều dài cáp ngầm ảnh hưởng thế nào đến dòng quá độ?
Khi chiều dài cáp ngầm tăng từ 120m lên 2000m, dòng quá độ tăng nhẹ và phổ tần số dày đặc hơn, nhưng không làm tăng nguy cơ an toàn vượt mức cho công nhân.Làm thế nào để đảm bảo an toàn khi thi công live-line?
Tuân thủ quy trình an toàn, sử dụng thiết bị bảo hộ lao động đầy đủ, đào tạo kỹ năng và sử dụng mô phỏng EMTP để đánh giá rủi ro trước thi công là các biện pháp hiệu quả.
Kết luận
- Luận văn đã mô hình hóa thành công tuyến dây truyền tải 22kV và mô phỏng quá trình đấu nối cáp ngầm live-line bằng phần mềm EMTP.
- Đã xác định được dòng quá độ và dòng hồ quang phát sinh trong quá trình thi công, với giá trị dòng quá độ tối đa khoảng 300 A.
- Kết quả mô phỏng phù hợp với thực tế thi công, đảm bảo an toàn cho công nhân khi được trang bị bảo hộ đầy đủ.
- Nghiên cứu đề xuất các giải pháp nâng cao an toàn thi công và mở rộng mô phỏng cho các cấp điện áp cao hơn trong tương lai.
- Khuyến nghị áp dụng mô phỏng EMTP như một công cụ hỗ trợ kỹ thuật trong quản lý và vận hành lưới điện trung thế.
Tiếp theo, cần triển khai đào tạo kỹ thuật viên, áp dụng mô phỏng trong các dự án thực tế và nghiên cứu mở rộng cho các hệ thống điện áp cao hơn nhằm nâng cao hiệu quả và an toàn thi công live-line. Đề nghị các đơn vị điện lực và trung tâm nghiên cứu phối hợp thực hiện các bước này để phát triển bền vững ngành điện Việt Nam.