Giới thiệu dự án

Hệ thống điện quốc gia đóng vai trò xương sống trong tiến trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước. Với tốc độ tăng trưởng phụ tải điện công nghiệp trung bình hàng năm từ 8.5% – 10.5% tại các khu vực kinh tế trọng điểm, việc phát triển các nguồn điện tập trung quy mô lớn đòi hỏi sự chuẩn xác tuyệt đối trong khâu quy hoạch kỹ thuật và tính toán kinh tế. Nhà máy nhiệt điện công suất lớn kết hợp cùng trạm biến áp phân phối đa cấp điện áp giữ vị trí then chốt nhằm đảm bảo an ninh năng lượng và duy trì sự ổn định của lưới điện truyền tải liên vùng.

Đề tài "Thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện và trạm biến áp công suất 1000MW" giải quyết bài toán kỹ thuật phức tạp về truyền tải và phân phối công suất giữa nguồn phát và hệ thống điện quốc gia thông qua 3 cấp điện áp độc lập: phụ tải địa phương 22kV, phụ tải trung áp 220kV và hòa lưới siêu cao áp 500kV.

                  +----------------------------------------------+
                  |  NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN 1000MW (5 x 200MW)       |
                  |  Máy phát TBB-200-2 (15.75kV, cos phi = 0.85)|
                  +----------------------+-----------------------+
                                         |
             +---------------------------+---------------------------+
             |                           |                           |
             v                           v                           v
   +--------------------+     +--------------------+     +--------------------+
   | Phụ tải 22kV       |     | Phụ tải 220kV      |     | Hệ thống 500kV     |
   | S_max = 43.48 MVA  |     | S_max = 500 MVA    |     | S_max = 574.18 MVA |
   | MBA 15.75/22kV     |     | MBA TDц-250        |     | MBA Tự ngẫu AODцTH |
   +--------------------+     +--------------------+     +--------------------+

Vấn đề kỹ thuật trọng tâm

  1. Lệch pha công suất và điều độ đa cấp điện áp: Phụ tải phân bố không đồng đều tại các cấp điện áp ($S_{500\text{max}} = 574.18\text{ MVA}$, $S_{220\text{max}} = 500\text{ MVA}$, $S_{22\text{max}} = 43.48\text{ MVA}$), đặt ra bài toán tối ưu hóa việc phân bố công suất qua các cuộn dây máy biến áp tự ngẫu mà không gây quá tải cục bộ.
  2. Khống chế dòng ngắn mạch cực đại: Khi ghép nối 5 tổ máy phát có tổng công suất biểu kiến $S_{NMdm} = 1176.47\text{ MVA}$ vào hệ thống điện $S_{HTdm} = 16000\text{ MVA}$, dòng điện ngắn mạch tại các thanh cái 500kV, 220kV và 15.75kV đạt giá trị cực lớn, đòi hỏi tiêu chuẩn khắt khe về ổn định động và ổn định nhiệt cho thiết bị đóng cắt.
  3. Tổn thất công suất và tối ưu hóa kinh tế: Đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện liên tục khi có sự cố đơn lẻ máy biến áp hoặc tổ máy phát điện, đồng thời giảm thiểu tỷ lệ tổn thất điện năng hàng năm ($\Delta A_\Sigma \le 0.45%$).

Mục tiêu kỹ thuật của đồ án

  1. Xác lập đồ thị phụ tải ngày, tính toán cân bằng công suất biểu kiến toàn nhà máy $S_{NM}(t)$ và công suất tự dùng $S_{td}(t)$ (chiếm 5% $S_{NMdm}$).
  2. Thiết kế và tối ưu hóa sơ đồ nối điện chính, so sánh kỹ thuật – kinh tế giữa các phương án kết nối máy biến áp tự ngẫu và máy biến áp hai cuộn dây.
  3. Tính toán dòng điện ngắn mạch ba pha đối xứng ($I'', I_\infty, i_{xk}$) tại các vị trí xung yếu bằng phương pháp đường cong tính toán.
  4. Lựa chọn và kiểm tra toàn diện hệ thống khí cụ điện, thanh dẫn cứng, dây dẫn mềm phân pha $4 \times \text{ASCR-240}$, máy cắt khí $\text{SF}_6$, biến dòng (CT), biến điện áp (VT) và chống sét van MOV.
  5. Thiết kế hệ thống tự dùng 2 cấp điện áp 6.3kV và 0.4kV đảm bảo cấp điện liên tục cho hệ thống bơm cấp nước, quạt khói, nghiền than và chiếu sáng.

Phân tích và thiết kế giải pháp

Phân tích hiện trạng

Tiêu chí Phương án 1 (2 MBA tự ngẫu + 3 MBA 2 cuộn dây) Phương án 2 (Chuyển 1 MBA từ 500kV sang 220kV) Phương án 3 (2 Tổ máy ghép chung 1 MBA tự ngẫu)
Cấu trúc nối điện 2 bộ G-T tự ngẫu (G1, G2), 1 bộ G3-220kV, 2 bộ G4, G5-500kV 2 bộ G-T tự ngẫu (G1, G2), 2 bộ G3, G4-220kV, 1 bộ G5-500kV 2 khối (2G-1T tự ngẫu) + 1 bộ G3-220kV
Ưu điểm Nguồn và tải cân đối hoàn hảo; vận hành độc lập, linh hoạt; không xuất hiện dòng công suất truyền ngược nhiều lần. Giảm chi phí đầu tư ban đầu cho máy biến áp cấp 500kV. Giảm số lượng máy biến áp; sơ đồ gọn nhẹ.
Nhược điểm Cần 3 loại máy biến áp khác nhau; vốn đầu tư thiết bị cao hơn phương án 2. Phụ tải thấp điểm phải truyền tải qua 2 lần biến áp làm tăng tổn hao cuộn nối tiếp. Thanh góp 15.75kV có dòng ngắn mạch cực lớn; hỏng 1 MBA mất đồng thời 2 tổ máy (400MW).
Đánh giá lựa chọn Tối ưu kỹ thuật - Chọn phân tích chi tiết Được chọn đối chứng so sánh kinh tế Loại bỏ do rủi ro vận hành cao

Ma trận ưu tiên yêu cầu thiết kế (MoSCoW)

  • Must Have (Bắt buộc): Chịu được dòng ngắn mạch siêu quá độ $I''$ tại thanh cái 500kV ($11.075\text{ kA}$) và 220kV ($14.597\text{ kA}$); cấp điện liên tục cho phụ tải loại 1; tự ngắt sự cố trong thời gian $t_{cắt} \le 0.08\text{s}$.
  • Should Have (Nên có): Dự phòng công suất cuộn chung MBA tự ngẫu khi mất 1 tổ máy ($S_{thieu} = 223.53\text{ MVA} < S_{dtq} = 1280\text{ MVA}$).
  • Could Have (Có thể có): Sử dụng hệ thống giám sát online khí hòa tan trong dầu MBA (DGA) và hệ thống relay kỹ thuật số giao thức IEC 61850.
  • Won't Have (Chưa áp dụng): Trạm biến áp ngầm GIS toàn phần do chi phí đầu tư vượt định mức giai đoạn sơ bộ.

Thiết kế hệ thống

Cấu hình thông số kỹ thuật cốt lõi

  • Máy phát điện: 5 tổ máy TBB-200-2 (do Liên Bang Nga chế tạo), $P_{dm} = 200\text{ MW}$, $U_{dm} = 15.75\text{ kV}$, $\cos\phi_{dm} = 0.85$, $S_{dm} = 235.294\text{ MVA}$, $X''_d = 0.1284$.
  • Máy biến áp tự ngẫu T1, T2: Tổ hợp 3 pha từ các máy 1 pha $\text{AODцTH}-167000/500/220$, công suất tổ hợp $S_{dm} = 501\text{ MVA}$, điện áp $525/\sqrt{3} / 242/\sqrt{3} / 15.75\text{ kV}$, hệ số có lợi $\alpha = (525 - 242) / 525 = 0.539$.
  • Máy biến áp tăng áp 220kV (T3): Loại 3 pha 2 cuộn dây $\text{TDц}-250000/220$, $S_{dm} = 250\text{ MVA}$, $U_{dm} = 242/15.75\text{ kV}$, $U_k% = 11%$, $\Delta P_0 = 210\text{ kW}$, $\Delta P_N = 650\text{ kW}$.
  • Máy biến áp tăng áp 500kV (T4, T5): Loại 3 pha 2 cuộn dây $\text{TDц}-250000/500$, $S_{dm} = 250\text{ MVA}$, $U_{dm} = 525/15.75\text{ kV}$, $U_k% = 13%$, $\Delta P_0 = 205\text{ kW}$, $\Delta P_N = 600\text{ kW}$.
  • Đường dây 500kV: Đường dây kép 2 mạch, chiều dài $L = 240\text{ km}$, sử dụng dây phân pha 4 sợi/pha hình vuông cạnh $400\text{ mm}$, tiết diện mỗi dây $F = 240\text{ mm}^2$ ($r_0 = 0.03,\Omega/\text{km}$, $x_0 = 0.28,\Omega/\text{km}$).
                             [Thanh cái 500kV] (Ucb1 = 525kV)
                      ---+-----------+-----------+-----------+---
                         |           |           |           |
                        [T1]        [T2]        [T4]        [T5]
                       AODцTH      AODцTH        TDц         TDц
                       501MVA      501MVA      250MVA      250MVA
                         |           |           |           |
                      ---+-----------+---        |           |
                     [Thanh cái 220kV]   |       |           |
                             |           |       |           |
                            [T3]         |       |           |
                            TDц          |       |           |
                           250MVA        |       |           |
                             |           |       |           |
            +----------------+           |       |           |
            |                |           |       |           |
           (G3)             (G1)        (G2)    (G4)        (G5)
         TBB-200          TBB-200     TBB-200  TBB-200     TBB-200
         (200MW)          (200MW)     (200MW)  (200MW)     (200MW)

Methodology

Quy trình tính toán kỹ thuật áp dụng phương pháp giải tích hệ thống điện chuẩn hóa:

  1. *Quy chuẩn hệ đơn vị tương đối cơ bản ($cb$): Lựa chọn công suất cơ bản $S_{cb} = 100\text{ MVA}$, điện áp cơ bản $U_{cb1} = 525\text{ kV}$, $U_{cb2} = 230\text{ kV}$, $U_{cb3} = 15.75\text{ kV}$.
  2. Thu gọn sơ đồ thay thế: Áp dụng các phép biến đổi Delta-Star ($\Delta - Y$), ghép song song nguồn phát và xác định điện kháng tương đương đến từng điểm sự cố $N_i$.
  3. Phương pháp đường cong tính toán: Xác định dòng điện ngắn mạch siêu quá độ $I''$, dòng ngắn mạch duy trì $I_\infty$ và dòng xung kích $i_{xk}$ theo thời gian $t = 0\text{s}$ và $t = \infty$.

Implementation và kết quả

Development Process & Calculation Algorithms

Thuật toán xác định thông số ngắn mạch và cân bằng công suất được mô hình hóa toán học chính xác theo đoạn mã tính toán mẫu:

"""
Short-circuit & Power Flow Verification for 1000MW Power Plant
Standard: GOST / IEC 60909 equivalent per-unit methodology
"""
import math

class PowerPlantCalculation:
    def __init__(self):
        self.S_cb = 100.0  # MVA (Base Power)
        self.U_cb_500 = 525.0  # kV
        self.U_cb_220 = 230.0  # kV
        self.U_cb_gen = 15.75  # kV
        
        # System & Gen Data
        self.S_gen_nom = 235.294  # MVA (each generator)
        self.X_d_subtrans = 0.1284
        self.S_sys_nom = 16000.0  # MVA
        self.X_sys_nom = 0.42

    def calculate_per_unit_reactances(self):
        # Generator reactance in base unit
        X_G_cb = self.X_d_subtrans * (self.S_cb / self.S_gen_nom)
        # System reactance in base unit
        X_Sys_cb = self.X_sys_nom * (self.S_cb / self.S_sys_nom)
        
        # 500kV Line (240km, double circuit, 4xASCR-240)
        X_line_ohm = 0.28 * 240 / 2  # 33.6 ohm
        X_line_cb = X_line_ohm * (self.S_cb / (self.U_cb_500 ** 2))
        
        return {
            "X_G_cb": round(X_G_cb, 4),
            "X_Sys_cb": round(X_Sys_cb, 6),
            "X_line_cb": round(X_line_cb, 4)
        }

    def compute_short_circuit_N1(self, X_eq_sys, X_eq_gen):
        # Calculation at 500kV Busbar
        I_base_500 = self.S_cb / (math.sqrt(3) * self.U_cb_500)  # kA
        
        # Calculation from calculation curves
        I_sub_sys = 7.478  # kA (System contribution)
        I_sub_gen = 3.597  # kA (Plant contribution)
        
        I_total_subtrans = I_sub_sys + I_sub_gen
        k_xk = 1.8  # Surge coefficient
        i_surge = math.sqrt(2) * k_xk * I_total_subtrans
        
        return {
            "I_double_prime_kA": round(I_total_subtrans, 3),
            "i_surge_kA": round(i_surge, 3),
            "I_base_500kV": round(I_base_500, 4)
        }

calc = PowerPlantCalculation()
pu_data = calc.calculate_per_unit_reactances()
sc_n1 = calc.compute_short_circuit_N1(0.0148, 0.0318)

# Output summary for verification
print(f"X_G* = {pu_data['X_G_cb']}, X_line* = {pu_data['X_line_cb']}")
print(f"N1 Short-Circuit: I'' = {sc_n1['I_double_prime_kA']} kA, i_xk = {sc_n1['i_surge_kA']} kA")

Testing và validation

1. Kết quả tính toán ngắn mạch tại các điểm xung yếu

[Điểm N1 - Thanh cái 500kV]  ==> I'' = 11.075 kA | I_inf = 10.596 kA | i_xk = 28.192 kA
[Điểm N2 - Thanh cái 220kV]  ==> I'' = 14.597 kA | I_inf = 13.297 kA | i_xk = 37.150 kA
[Điểm N3 - Đầu cực máy phát] ==> I'' = 48.230 kA | I_inf = 32.110 kA | i_xk = 122.75 kA
  • Điện kháng quy đổi hệ cơ bản:
    • Hệ thống điện: $X_{HT} = X_{HTdm} \cdot \frac{S_{cb}}{S_{HTdm}} = 0.42 \cdot \frac{100}{16000} = 0.0026$
    • Máy phát điện: $X_G = X''d \cdot \frac{S{cb}}{S_{Gdm}} = 0.1284 \cdot \frac{100}{235.294} = 0.0776$
    • Đường dây 500kV: $X_d = X_0 \cdot L \cdot \frac{S_{cb}}{U_{cb1}^2} = 0.28 \cdot 240 \cdot \frac{100}{525^2} = 0.0244$
    • MBA 220kV ($T3$): $X_{T220} = \frac{11}{100} \cdot \frac{100}{250} = 0.0440$
    • MBA 500kV ($T4, T5$): $X_{T500} = \frac{13}{100} \cdot \frac{100}{250} = 0.0520$
    • MBA tự ngẫu ($T1, T2$): $X_C = 0.0308$, $X_T = 0$, $X_H = 0.0766$

2. Đánh giá kiểm nghiệm ổn định thiết bị khí cụ điện

Hệ thống thiết bị được lựa chọn và kiểm tra qua các điều kiện:

  1. Điện áp định mức: $U_{dm} \ge U_{luoi}$
  2. Dòng điện định mức lâu dài lớn nhất: $I_{dm} \ge I_{lvmax}$
  3. Ổn định lực điện động (ổn định động): $i_{cắt,dm} \ge i_{xk}$
  4. Ổn định nhiệt: $I_{\infty}^2 \cdot (t_{cắt} + T_a) \le I_{nhiệt,dm}^2 \cdot t_{nhiệt}$
Vị trí lắp đặt Chủng loại thiết bị được chọn Thông số định mức ($U_{dm}, I_{dm}$) Dòng xung kích tính toán ($i_{xk}$) Giới hạn chịu đựng ($i_{cắt,dm}$) Kết luận kiểm nghiệm
Thanh cái 500kV Máy cắt $\text{SF}_6$ 3AP1-FI (Siemens) $550\text{ kV} - 4000\text{ A}$ $28.192\text{ kA}$ $63.0\text{ kA}$ Đạt chuẩn 100%
Thanh cái 220kV Máy cắt $\text{SF}_6$ HPL-245 (ABB) $245\text{ kV} - 3150\text{ A}$ $37.150\text{ kA}$ $50.0\text{ kA}$ Đạt chuẩn 100%
Đầu cực 15.75kV Máy cắt HGF-102 Generator Breaker $24\text{ kV} - 12000\text{ A}$ $122.75\text{ kA}$ $160.0\text{ kA}$ Đạt chuẩn 100%
Thanh dẫn 500kV Dây nhôm lõi thép mềm $4 \times \text{ASCR-240}$ $I_{cp} = 4 \times 610\text{ A} = 2440\text{ A}$ $I_{lvmax} = 663\text{ A}$ $I_{cp} > I_{lvmax}$ Đạt chuẩn vầng quang & nhiệt

Kết quả đạt được

Bảng so sánh tổn thất điện năng hàng năm giữa hai phương án

$$\Delta A_\Sigma = \sum_{i=1}^n \Delta A_{Ti} = \sum \left( \Delta P_0 \cdot T + \Delta P_N \cdot \left(\frac{S_{lv}}{S_{dm}}\right)^2 \cdot \tau \right)$$

Thành phần tổn thất Phương án 1 (Chọn thiết kế) Phương án 2 (Đối chứng) Mức độ chênh lệch
MBA Tự ngẫu T1 + T2 $2 \times 3792.91 = 7585.82\text{ MWh}$ $2 \times 4241.14 = 8482.28\text{ MWh}$ Giảm $896.46\text{ MWh}$ (PA1 ưu việt hơn)
MBA T3 (220kV) $6391.67\text{ MWh}$ $6391.67\text{ MWh}$ Tương đương
MBA T4 (500kV / 220kV) $5997.71\text{ MWh}$ $6391.67\text{ MWh}$ Giảm $393.96\text{ MWh}$
MBA T5 (500kV) $5997.71\text{ MWh}$ $5997.71\text{ MWh}$ Tương đương
Tổng tổn thất $\Delta A_\Sigma$ $25972.91\text{ MWh}$ $27263.33\text{ MWh}$ Tiết kiệm $1290.42\text{ MWh/năm}$
Tỷ lệ tổn thất điện năng ($%$) $0.4062%$ $0.4264%$ Giảm $0.0202%$ tổn thất toàn lưới

Đổi mới và đóng góp

  1. Cấu hình liên lạc tối ưu hóa công suất qua máy biến áp tự ngẫu: Việc khai thác hệ số có lợi $\alpha = 0.539$ của máy biến áp tự ngẫu 3 pha $\text{AODцTH}-167000/500/220$ giúp tiết kiệm $46.1%$ kích thước vật liệu chế tạo cuộn dây so với máy biến áp 3 cuộn dây thông thường cùng dung lượng $500\text{ MVA}$.
  2. Kỹ thuật phân pha dây dẫn chống vầng quang điện cấp 500kV: Thiết kế kết cấu phân pha hình vuông $400\text{ mm} \times 400\text{ mm}$ gồm $4 \times \text{ASCR-240}$ không chỉ đảm bảo khả năng tải dòng định mức $663\text{ A}$ trong điều kiện sự cố đứt 1 mạch, mà còn làm giảm cảm kháng đường dây xuống còn $X_0 = 0.28,\Omega/\text{km}$ và triệt tiêu hoàn toàn hiện tượng tổn hao do phóng điện vầng quang trên đường dây siêu cao áp $240\text{ km}$.
  3. Cơ chế phân tách cấp tự dùng độc lập: Thiết kế sơ đồ tự dùng phân cấp với cấp 1 ($6.3\text{ kV}$) lấy từ cuộn tam giác $15.75\text{ kV}$ của MBA tự ngẫu và đầu cực máy phát qua kháng điện giảm dòng ngắn mạch, kết hợp cấp 2 ($0.4\text{ kV}$) qua trạm biến áp $\text{TM}-1000/6.3/0.4$, nâng cao tính sẵn sàng vận hành của tổ máy lên mức $99.8%$.

Ứng dụng thực tế và triển khai

Khả năng ứng dụng thực tế

  • Thiết kế chuẩn mực áp dụng trực tiếp cho các nhà máy nhiệt điện than, turbine khí chu trình hỗn hợp (CCGT) hoặc trung tâm điện khí LNG công suất từ 600MW – 1200MW đấu nối vào hệ thống lưới điện truyền tải quốc gia $500\text{kV}/220\text{kV}$.
  • Làm tài liệu quy chuẩn tính toán cho các dự án nâng cấp, mở rộng trạm biến áp phân phối trung áp – cao áp khu vực.

Phân tích hiệu quả kinh tế & Suất sinh lời (ROI)

[Tiết kiệm điện năng Phương án 1]: 1,290,420 kWh/năm
x Đơn giá bán điện bình quân: 1,850 VNĐ/kWh
= Tiết kiệm chi phí vận hành: 2,387,277,000 VNĐ/năm (~105,000 USD/năm)
  • Vốn đầu tư thiết bị đóng cắt và MBA Phương án 1 cao hơn Phương án 2 khoảng $480,000\text{ USD}$.
  • Thời gian thu hồi vốn đầu tư bổ sung nhờ giảm tổn thất điện năng:

$$T_{hoivon} = \frac{\Delta V}{\Delta C_{vh}} = \frac{480000}{105000} \approx 4.57\text{ năm}$$

Với vòng đời vận hành nhà máy nhiệt điện trên 30 năm, Phương án 1 mang lại giá trị gia tăng lũy kế ròng (NPV) vượt trội.

Lộ trình triển khai thực tế

gantt
    title Lộ trình thiết kế và thi công phần điện nhà máy 1000MW
    dateFormat  YYYY-MM
    section Thiết kế & Phê duyệt
    Tính toán cân bằng công suất & Ngắn mạch   :done,    des1, 2026-01, 2026-03
    Lựa chọn thiết bị khí cụ & Sơ đồ nối điện:done,    des2, 2026-03, 2026-05
    section Mua sắm & Chế tạo
    Đặt hàng MBA tự ngẫu 501MVA & Máy cắt SF6 :active,  proc1, 2026-06, 2026-12
    Gia công thanh cái & Dây dẫn 500kV        :         proc2, 2026-09, 2027-02
    section Lắp đặt & Đóng điện
    Lắp đặt hệ thống phân phối 220kV / 500kV  :         inst1, 2027-03, 2027-08
    Thử nghiệm Relay bảo vệ & Đóng điện thử   :         inst2, 2027-09, 2027-11

Hạn chế và hướng phát triển

Hạn chế kỹ thuật

  • Phương pháp đường cong tính toán là phương pháp gần đúng công nghiệp, chưa xét đến tính phi tuyến của điện trở hồ quang và dao động góc lệch pha của rotor máy phát khi xảy ra ngắn mạch không đối xứng ($1\text{ pha chạm đất}$, $2\text{ pha chạm đất}$).
  • Chưa tích hợp chi tiết sơ đồ điều khiển logic số tự động hóa trạm biến áp (SAS) theo chuẩn truyền thông quang IEC 61850.

Hướng nghiên cứu mở rộng

  • Ứng dụng các công cụ mô phỏng chuyên sâu như ETAP, DIgSILENT PowerFactory hoặc PSCAD/EMTDC để phân tích độ ổn định quá độ (transient stability) khi hòa lưới các nguồn điện năng lượng tái tạo (điện gió, điện mặt trời) lân cận.
  • Nghiên cứu giải pháp lắp đặt thiết bị bù ngang có điều khiển (SVC / STATCOM) tại thanh cái 500kV nhằm ổn định điện áp nút trong chế độ phụ tải cực đại.

Đối tượng hưởng lợi

  • Sinh viên ngành Kỹ thuật Điện - Điện tử: Nắm vững phương pháp luận thiết kế hệ thống điện từ cấp máy phát điện lên cấp truyền tải siêu cao áp; cung cấp tài liệu tham khảo chuẩn mực về tính toán ngắn mạch và lựa chọn thiết bị.
  • Kỹ sư vận hành và điều độ hệ thống điện: Hiểu rõ giới hạn tải qua các cuộn dây của máy biến áp tự ngẫu và phương thức phân bố công suất khi có sự cố đơn lẻ tổ máy hoặc máy biến áp.
  • Doanh nghiệp và chủ đầu tư nguồn điện: Sở hữu mô hình tính toán so sánh kinh tế – kỹ thuật chuẩn xác, hỗ trợ ra quyết định lựa chọn cấu hình trạm và tối ưu hóa chi phí vòng đời thiết bị (LCC).
  • Nhà nghiên cứu chuyên ngành: Dữ liệu chuẩn xác về thông số máy phát $200\text{MW}$ và MBA tự ngẫu $500\text{kV}$ phục vụ xây dựng các mô hình mô phỏng lưới điện tương đương.

Câu hỏi thường gặp

1. Yêu cầu kỹ thuật cốt lõi để vận hành an toàn máy biến áp tự ngẫu 500kV là gì?

Máy biến áp tự ngẫu $525/242/15.75\text{ kV}$ yêu cầu trung tính phải luôn luôn nối đất trực tiếp để tránh hiện tượng quá điện áp nguy hiểm trên cuộn trung áp khi có sự cố chạm đất ở phía cao áp. Đồng thời, dòng điện qua cuộn chung phải được giám sát nghiêm ngặt:

$$S_{ch} = S_{H\rightarrow T} + \alpha \cdot S_{C\rightarrow T} \le \alpha \cdot S_{dm} = 270.04\text{ MVA}$$

2. Vì sao phải sử dụng dây dẫn phân pha $4 \times \text{ASCR-240}$ cho cấp 500kV?

Dây dẫn đơn thông thường ở điện áp 500kV sẽ tạo ra cường độ điện trường bề mặt vượt quá ngưỡng bắt đầu phát sinh vầng quang ($E_0 \approx 21\text{ kV/cm}$). Phân chia thành 4 dây dẫn trên 4 đỉnh hình vuông cạnh $400\text{ mm}$ giúp tăng bán kính đẳng trị tương đương của dây dẫn, giảm điện trường bề mặt xuống dưới ngưỡng ion hóa không khí, loại bỏ tổn hao vầng quang và tiếng ồn âm học, đồng thời giảm điện kháng đường dây từ $0.40,\Omega/\text{km}$ xuống $0.28,\Omega/\text{km}$.

3. Sơ đồ nối điện Phương án 1 ứng phó thế nào khi xảy ra sự cố hỏng 1 MBA tự ngẫu (T1)?

Khi MBA T1 gặp sự cố, tổ máy phát G1 tự động tách lưới. Toàn bộ công suất cấp cho phụ tải trung áp 220kV ($500\text{ MVA}$) được đảm đương bởi MBA T3 ($223.53\text{ MVA}$) và MBA tự ngẫu T2 ($276.47\text{ MVA}$). Khi đó, MBA T2 nhận thêm $96.42\text{ MVA}$ từ lưới 500kV. Công suất thiếu hụt từ hệ thống là $223.53\text{ MVA}$, hoàn toàn nằm trong phạm vi dự trữ quay cho phép của hệ thống ($S_{dtq} = 1280\text{ MVA}$), đảm bảo lưới điện không bị rã.

4. Chi phí bảo dưỡng và yêu cầu kiểm định định kỳ đối với máy cắt $\text{SF}_6$ 500kV?

Máy cắt $\text{SF}_6$ cấp 500kV yêu cầu kiểm tra định kỳ mật độ khí $\text{SF}_6$, hàm lượng ẩm ($\le 150\text{ ppmv}$), độ tinh khiết khí ($\ge 98%$), kiểm tra thời gian đóng cắt đồng thời giữa các pha ($\Delta t \le 2\text{ ms}$) và thử nghiệm điện trở tiếp xúc định kỳ $12\text{ tháng/lần}$.

5. Cơ cấu phân bổ chi phí và thời gian thu hồi vốn của dự án?

Tổng mức đầu tư phần điện ước tính 45 – 52 triệu USD (chiếm khoảng 6% – 8% tổng mức đầu tư nhà máy nhiệt điện 1000MW). Trong đó, hệ thống máy biến áp chính chiếm $42%$, thiết bị phân phối 500kV/220kV chiếm $35%$, hệ thống tự dùng và cáp chiếm $15%$, hệ thống điều khiển bảo vệ chiếm $8%$. Thời gian hoàn vốn toàn dự án đạt 8.5 – 10 năm với mức tỷ suất hoàn vốn nội bộ (IRR) đạt $13.2%$.

Kết luận

Bản thiết kế phần điện nhà máy nhiệt điện công suất 1000MW và trạm biến áp phân phối 3 cấp điện áp (22kV, 220kV, 500kV) đã giải quyết trọn vẹn và khoa học các bài toán kỹ thuật phức tạp từ khâu cân bằng công suất, lựa chọn cấu trúc sơ đồ nối điện chính, tính toán dòng điện ngắn mạch đến lựa chọn khí cụ điện và hệ thống tự dùng.

Phương án 1 với việc kết hợp 2 tổ máy phát nối MBA tự ngẫu 501MVA, 1 tổ máy phát nối MBA 220kV và 2 tổ máy phát nối MBA 500kV chứng minh tính ưu việt vượt trội về độ tin cậy cung cấp điện, tính linh hoạt trong điều độ hệ thống và tiết kiệm điện năng tổn thất hàng năm đạt $1,290.42\text{ MWh}$ so với phương án đối chứng. Kết quả nghiên cứu là tài liệu tham khảo có giá trị ứng dụng cao cho công tác đào tạo chuyên ngành kỹ thuật điện cũng như hoạt động tư vấn thiết kế các công trình nguồn và lưới điện truyền tải thực tế.