Bản tin Hội Điện lực miền Nam: Số 26/2019

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:36

Thêm vào BST

Báo xấu

26
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bản tin Hội Điện lực miền Nam: Số 26/2019 trình bày các nội dung chính sau: Tác động của mức xâm nhập cao của các nhà máy điện mặt trời kĩ thuật quang điện lên lưới điện, mô hình giảng dạy Hệ thống MiniSCADA trong hệ thống điện, đánh giá chất lượng dầu cách điện thông qua phân tích khả năng kháng oxy hóa,... Mời các bạn cùng tham khảo để nắm nội dung chi tiết.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bản tin Hội Điện lực miền Nam: Số 26/2019

Chịu trác nhiệm xuất bản: ThS. NGUYỄN PHƯỚC ĐỨC Chủ tịch Hội Điện lực miền Nam (SEEA) Trưởng Ban Biên tập: TS. TRẦN TRỌNG QUYẾT TÁC ĐỘNG CỦA MỨC XÂM NHẬP CAO CỦA CÁC Phó Chủ tịch Thường trực SEEA NHÀ MÁY ĐIỆN MẶT TRỜI KĨ THUẬT QUANG Phó trưởng Ban Biên tập: ĐIỆN LÊN LƯỚI ĐIỆN 1 ThS. LÊ XUÂN THÁI Trưởng ban truyền thông SEEA MÔ HÌNH GIẢNG DẠY HỆ THỐNG MINISCADA Chịu trách nhiệm về nội dung TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 8 ThS. NGUYỄN TẤN NGHIỆP Phó Chủ tịch kiêm Tổng thư ký SEEA Ban Biên tập ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG DẦU CÁCH ĐIỆN PGS-TS. Nguyễn Bội Khuê THÔNG QUA PHÂN TÍCH KHẢ NĂNG KHÁNG PGS-TS. Nguyễn Hữu Phúc OXY HÓA. 12 PGS-TS. Nguyễn Văn Liêm TS. Phạm Đình Anh Khôi ThS. Quách Lâm Hưng ĐẤT HIẾM : TRỬ LƯỢNG & CÔNG DỤNG 16 KS .Võ Thanh Đồng KS. Trịnh Phi Anh ThS. Phan Thanh Đức KS-CV. Cao cấp Lê Hải Sơn THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐÓNG CẮT TỤ BÙ KS. Nguyễn Thế Bảng ỨNG ĐỘNG TỪ XA BẰNG TIN NHẮN 23 ThS. Trần Thế Du KS. Trần Thị Mỹ Ngọc TUYÊN TRUYỀN SỬ DỤNG ĐIỆN AN TOÀN - TIẾT Trụ sở toà soạn KIỆM - HIỆU QUẢ TẠI ĐỒNG THÁP 26 Số 72 Hai Bà Trưng, Phường Bến Nghé, Quận 1, TP. HCM Điện thoại: 028-35210484 BAN THƯỜNG VỤ SEEA TRAO ĐỔI KINH NGHIỆM Giấy phép xuất bản số 94/GP-XBBT HOẠT ĐỘNG VỚI CỤM 05 CHI HỘI ĐIỆN LỰC TẠI ngày 13/7/2018 của Cục Báo chí - KIÊN GIANG 28 Bộ Thông tin & Truyền thông In tại Công Ty Cổ Phần In Hà Nội ĐÀO TẠO – THỰC THI VĂN HÓA DOANH NGHIÊP Địa chỉ: Lô 6B, CN5 cụm công nghiệp Ngọc Hồi, Thanh Trì, Hà Nội TẠI CÔNG TY ĐIỆN LỰC SÓC TRĂNG 30 Ảnh bìa: - Bộ điều khiển của Thiết bị đóng cắt VÀO GOOGLE HÀNG NGÀY NHƯNG KHÔNG PHẢI tù bù từ xa bằng tin nhắn AI CŨNG BIẾT CÁCH DÙNG GOOGLE SEARCH (Do các kỹ sư PC Sóc Trăng thiết kế, chế tạo). HIỆU QUẢ NHẤT 31 - Các bán thành phẩm đất hiếm (từ trái sang). THƯ GIẢN: KHÔNG CÓ AI LÀ VÔ DỤNG 32
Trường ĐH Bách Khoa – ĐH Quốc Gia TP. HCM – Trong các năm qua, các nguồn phát điện từ năng lượng tái tạo, từ năng lượng gió và năng lượng mặt trời, đã và đang dần được đấu nối càng nhiều vào lưới điện hiện hữu của Việt Nam. Trước đây, khi số lượng của các nhà máy điện từ năng lượng tái tạo (NMĐ NLTT) chưa nhiều và công suất còn nhỏ bé, vấn đề tác động của mức độ xâm nhập của các NMĐ NLTT lên hệ thống là không đáng kể, và chưa phải là vấn đề về phương diện ổn định đối với hệ thống điện (xét về mặt ổn định điện áp, tần số). Tuy vậy, với tình trạng thực tế hiện nay, kể từ năm 2019 trở đi, mức xâm nhập của các nhà máy điện kĩ thuật quang điện (NMĐ QĐ, photovoltaic power plants) trên qui mô công suất lớn ngày càng tăng cao, và điều này sẽ ảnh hưởng đến độ ổn định, tin cậy, an ninh và của lưới điện. Trong bài báo sẽ trình bày, phân tích các tác động khi mức xâm nhập tăng dần của các hệ thống phát điện quang điện lên vấn đề ổn định điện áp trong trạng thái xác lập, tổn thất công suất, cũng như vấn đề ổn định động của lưới điện trong trạng thái quá độ. Các kịch bản với các mức độ xâm nhập khác nhau tăng dần của các NMĐQĐ đã được thực hiện trên một mô hình hệ thống điện thử nghiệm IEEE, từ đó có các kết quả cho các phân tích, kết luận mang tính điển hình được đưa ra đối với các tác động của mức thâm nhập ngày càng cao vào lưới điện. nhiệm vụ đặc biệt quan trọng. Thời gian qua, Tập Năng lượng tái tạo (NLTT), năng lượng đoàn đã chỉ đạo quyết liệt các đơn vị EVNNPT, từ một nguồn không bị cạn kiệt khi sử dụng, EVNSPC đẩy nhanh tiến độ các dự án lưới điện. mà tiềm năng nhất là năng lượng gió và năng Đồng thời, lãnh đạo EVN cũng đã làm việc với lượng mặt trời, đang được phát triển nóng lãnh đạo các địa phương nhằm đẩy nhanh công tại nhiều nước trên thế giới, trong đó có Việt tác giải phóng mặt bằng cho các dự án. … Kết Nam, trong bối cảnh chung toàn cầu bị ảnh quả tính toán tình trạng quá tải của các đường hưởng bởi hiện tượng biến đổi khí hậu do sự dây, TBA trên địa bàn 2 tỉnh Ninh Thuận và Bình nóng lên toàn cầu và mong muốn giảm bớt sự Thuận cho thấy đường dây 110 kV Tháp Chàm – phụ thuộc thái quá vào nguồn nhiên liệu hóa Hậu Sanh – Tuy Phong – Phan Rí mức mang tải thạch. Đặc biệt, tại Việt Nam, trong thời gian lên tới 260-360%; đường dây 110 kV Phan Rí – qua “ … sự phát triển nóng của các NMĐQĐ Sông Bình – Đại Ninh mang tải 140%; đường dây đã dẫn tới tình trạng đa số các đường dây, trạm 110 kV Đa Nhim - Đơn Dương mang tải 123%; biến áp (TBA) từ 110-500 kV trên địa bàn 2 tỉnh TBA 550 kV Di Linh mang tải 140%; TBA 220 Ninh Thuận và Bình Thuận đều quá tải. Tính kV Đức Trọng - Di Linh mang tải 110%... Mức đến cuối tháng 6.2019, tổng công suất điện gió và mang tải này còn tiếp tục tăng lên trong thời gian điện mặt trời trên địa bàn tỉnh Ninh Thuận đã tới …”, https://motthegioi.vn/thoi-su-c-66/xa- lên tới 2.027 MW (chiếm gần 50% tổng công suất hoi-c-94/evn-noi-gi-ve-viec-luoi-dien-chay- năng lượng tái tạo của cả nước). Dự kiến, đến theo-du-an-dien-mat-troi-117238.html. tháng 12.2020, con số này sẽ tăng lên 4.240 MW. Tuy vậy, trong 3-5 năm tới ngay cả khi đã Trong khi nguồn công suất tại chỗ rất lớn thì nhu thực hiện xong các dự án lưới điện truyền tải 110 cầu phụ tải của Ninh Thuận và Bình Thuận lại kV, 220 kV, các tác động của của mức độ xâm rất nhỏ (tỉnh Ninh Thuận chỉ dao động từ 100- nhập ngày càng tăng cao của các NMĐ NLTT 115 MW và Bình Thuận từ 250-280 MW). Tại lên hệ thống sẽ là các vấn đề lớn về phương diện Hội nghị vận hành các nhà máy điện mặt trời ổn định đối với hệ thống điện hiện hữu (về các và gió các tỉnh Ninh Thuận, Bình Thuận, Tổng mặt ổn định điện áp, tần số) cần được xem xét giám đốc EVN khẳng định: “EVN xác định việc đến. giải tỏa công suất các dự án năng lượng tái tạo là Trước đây, hệ thống quang điện, chủ yếu BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG 10 / 2019 1
là điện mặt trời áp mái lắp đặt thường có công khai các dự án NMĐQĐ với các ưu điểm nổi bật suất và số lượng nhỏ và chỉ được kết nối ở cấp (chi phí đầu tư/MW ngày càng hạ, lắp đặt, đưa lưới phân phối hạ áp. Các NMĐQĐ lớn với vào vận hành nhanh (trung bình 1 năm), bảo công suất hàng trăm MW đang và sẽ được kết trì đơn giản, chi phí vận hành thấp do không nối với lưới điện ở cấp truyền tải, tương ứng là có các cơ phận chuyển động), các công ti điện mức xâm nhập sẽ tăng cao trong thời gian tới. lực vận hành/khai thác hệ thống điện dự kiến Điều này sẽ đặt ra các vấn đề khi đấu nối các sẽ phải giải quyết một loạt các vấn đề mới phát NMĐQĐ vào lưới điện phân phối, truyền tải sinh khi mức độ xâm nhập tăng dần. Điều này hiện hữu và cần có các câu trả lời cho các câu xuất hiện do đặc thù/bản chất của NMĐQĐ từ hỏi sau: tính không ổn định (uncertainty), tính thay đổi 1. Các tác động của việc đấu nối ứng với các (variability) của nguồn phát từ kĩ thuật biến đổi kịch bản của mức xâm nhập khác nhau (ví dụ quang-điện. Thật vậy, các nguồn phát quang- 0, 10, 20, 30, 50, 90 %) lên điện áp tại các thanh điện công suất lớn có công suất phát phụ thuộc cái (bus), tổn thất công suất, dòng tải và tính ổn mạnh vào điều kiện thời tiết trong ngày, và định điện áp (đường cong quan hệ P-U, Q-U) ? hoàn toàn không phát công suất về đêm và do 2. Mức xâm nhập tối đa có thể chấp nhận đó, có các tác động lớn lên lưới điện hiện hữu, xét về mặt ổn định điện áp, tần số đối với một trong trạng thái xác lập như làm thay đổi lớn hệ thống cụ thể? đến (theo chiều hướng tăng) biên độ điện áp tại các thanh cái, đảo ngược dòng chảy công suất 3. Các giải pháp giảm thiểu các tác động tiêu từ thanh cái phụ tải về nguồn. Mặt khác trong cực khi mức xâm nhập tăng lên, nhằm tăng khả trạng thái quá độ, các biến tần trong NMĐQĐ năng dung nạp (hosting capacity) đối với năng với bản chất là các thiết bị biến đổi năng lượng lượng quang điện, trong điều kiện phụ tải lớn theo kĩ thuật đóng cắt ở tần số cao các bộ biến nhất và nhỏ nhất? đổi công suất bán dẫn, hoàn toàn không có quán Hiện nay có nhiều định nghĩa khác nhau về tính quay, vì vậy các nhà máy này không có khả mức xâm nhập. Theo [4], định nghĩa mức xâm năng góp phần vào việc ổn định động hệ thống nhập (annual penetration level) của NLTT là như các máy phát đồng bộ truyền thống, khi có tỉ số giữa năng lượng điện phát bởi các NMĐ sự cố xảy ra. Từ đó có thể tiên đoán là mức xâm NLTT trên năng lượng tiêu thụ đỉnh của hệ nhập cao của nguồn phát quang điện sẽ có ảnh thống điện, tính trong một năm: hưởng lớn lên khả năng ổn định động của hệ Mức xâm nhập (trên năm) của NMĐQĐ= thống. Điện năng phát bởi NMĐQĐ (MWh) Điều này là sự khác biệt rất lớn giữa nhà máy Điện năng tiêu thụ lớn nhất bởi tải (MWh) quang điện (PhotoVoltaic Power Plants= PVPP) Và mức xâm nhập tức thời (instantaneous với kĩ thuật biến đổi quang-điện, so với nhà penetration level) là tỉ số giữa tổng công suất máy điện nhiệt mặt trời tập trung (Concentrated phát điện bởi các NMĐNLTT trên tổng công Solar Power Plants= CSPP) với kĩ thuật biến suất của cả hệ thống điện, ở một thời điểm nhất đổi quang-nhiệt-điện, khi đó năng lượng mặt định. trời được tập trung biến thành nhiệt năng nhờ hệ thống các gương đốt nóng lưu chất trong bộ Mức xâm nhập (tức thời) của NMĐQĐ= thu nhiệt. Sau đó, nhiệt năng thu được sẽ được Công suất phát bởi các NMĐQĐ (MW) biến đổi thành cơ năng và điện năng thông qua Tổng công suất phát của cả hệ thống (MW) hệ thống turbine nhiệt, máy phát điện đồng bộ Ngoài ra, hay dùng thuật ngữ khả năng dung thông thường. Do đó, về mặt vận hành các máy nạp (hosting capacity) được định nghĩa là mức điện nhiệt-mặt trời tập trung được xem như các độ xâm nhập lớn nhất (tính bằng %) mà hệ nhà máy điện truyền thống. Hình 1 là sơ đồ của thống hiện hữu có thể chấp nhận, mà không gây quá trình biến đổi năng lượng trong NMĐQĐ ra các vấn đề nghiêm trọng đến tính ổn định từ năng lượng mặt trời trực tiếp thành điện của hệ thống. năng (qua các tấm pin mặt trời) dưới dạng dòng Với sự tăng trưởng mạnh mẽ trong việc triển một chiều điện áp thấp, và sau đó được biến đổi 2 BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG 10 / 2019
thành dòng một chiều điện áp cao hơn (nhờ thực hiện riêng biệt trên từng chuỗi, đặc biệt bộ biến đổi DC-DC), trước khi được biến đổi khi mặt bằng NMĐQĐ trải dài trên địa hình thành điện áp xoay chiều (nhờ bộ biến tần DC- không bằng phẳng. Mặt khác, sơ đồ này được AC) và đấu nối với lưới điện. sử dụng cho mỗi chuỗi pin mặt trời, từ đó dễ thấy số lượng bộ biến đổi công suất và bộ biến tần tăng lên nhiều, so với sơ đồ sử dụng biến tần tập trung. Ví dụ, một NMĐQĐ sơ đồ kiểu biến tần tập trung với công suất 37 MW sử dụng 50 Mặt trời - Pin mặt trời - Bộ biến đổi DC-DC - Bộ biến đổi DC-AC bộ biến tần trung tâm, trong khi một NMĐQĐ (biến tần) khác với công suất tương đương, với sơ đồ kiểu Hình 1. Sơ đồ một hệ thống quang điện biến tần nhiều chuỗi, cần đến 3069 bộ biến tần nhiều chuổi. Theo [5] sơ đồ kiểu biến tần tập Nhà máy điện quang điện quy mô lớn trung có hiệu suất thấp hơn 1.5% so với sơ đồ Các NMĐQĐ có thể được phân loại theo biến tần nhiều chuỗi, nhưng tổng chi phí đầu tư công suất phát với: (i) quy mô nhỏ; (ii) quy mô và bảo trì của sơ đồ sau lại cao hơn 60%. trung bình; (iii) quy mô lớn và (iv) quy mô rất Đặc điểm của HTQĐ đấu nối với lưới điện lớn. Phạm vi công suất đối với hệ thống quang Các đặc điểm quan trọng nhất khi vận hành điện (HTQĐ) quy mô nhỏ khoảng đến 250 kW, các HTQĐ, NMĐQĐ đấu nối với lưới điện và với quy mô trung bình trong khoảng 250 đến các qui định đấu nối liên quan như sau, cho đến 1000 kW, với quy mô lớn trong khoảng 1 đến thời điểm hiện nay [5]: 100 MW, và đối với quy mô rất lớn, công suất lớn hơn 100 MW [5]. • Các NMĐQĐ khi đấu nối sẽ góp phần cung cấp điện năng vào hệ thống, điều này làm Sơ đồ đấu nối giảm tải cho các NMĐ truyền thống. Sơ đồ điển hình một NMĐQĐ thường gồm • Hầu hết các bộ BTQĐ không có, hoặc khá các dãy pin măt trời nối tiếp- song song, các hạn chế, khả năng hỗ trợ việc ổn định điện áp/ máy biến áp, các biến tần quang điện (BTQĐ) công suất phản kháng trên lưới. Các NMĐQĐ (Hình 2). Việc đấu nối giữa các thành phần khi đấu nối thường hoạt động ở hệ số công suất trên phụ thuộc vào cách đấu nối các biến tần. bằng 1.0, chỉ cung cấp công suất tác dụng, và hệ Thông thường có hai kiểu sơ đồ đấu nối được thống điện có trách nhiệm điều khiển công suất sử dụng để kết nối các thành phần bên trong một NMĐQĐ: sơ đồ biến tần tập trung (central- phản kháng. inverter topology) và sơ đồ biến tần nhiều chuỗi • Theo các tiêu chuẩn hiện hành như IEEE (multistring inverter) ( Hình 3.a và 3.b). Sơ đồ 1547, khi tần số/điện áp sai lệch so với tiêu kiểu biến tần tập trung chỉ dùng một biến tần chuẩn, NMĐQĐ phải được cách ly tự động để kết nối một mảng các tấm pin mặt trời (PV khỏi lưới điện cho đến khi trở lại điều kiện làm array) với máy biến áp, và dùng một tầng biến việc bình thường. đổi công suất DC-AC. Đối với kiểu biến tần • Cần tính đến các yếu tố địa lý, vị trí của nhiều dãy, thường sử dụng hai tầng biến đổi NMĐQĐ và các yếu tố môi trường trong vận công suất DC-DC và DC-AC. hành NMĐQĐ. Các yếu tố này có thể được chia Theo các so sánh chi tiết trong [5], sơ đồ kiểu thành hai thời khoảng: (1) ban ngày và (2) ban biến tần tập trung hiện nay được sử dụng nhiều đêm. Vào ban ngày, hiệu quả công suất phát các nhất trong các NMĐQĐ quy mô lớn. Những NMĐQĐ có thể bị ảnh hưởng lớn bởi các thay ưu điểm chính của sơ đồ biến tần tập trung so đổi thời tiết như mây che bóng và nhiệt độ môi với sơ đồ biến tần nhiều chuỗi là: (i) chi phí trường. Trời nhiều mây giảm đáng kể lượng bức cạnh tranh, (ii) tính ổn định cao làm việc, (iii) xạ mặt trời và kéo theo thay đổi nhanh của công cần ít bảo trì và (iv) số lượng bộ biến tần giảm. suất phát ra. Vào ban đêm, công suất phát từ Tuy nhiên, kiểu biến tần nhiều chuỗi lại có các các NMĐQĐ sẽ không còn. Trường hợp có ưu điểm hơn trong việc điều khiển điểm công hệ thống tích trữ năng lượng (battery energy suất cực đại (maximum power point= MPP) storage system= BESS), NMĐQĐ có thể tiếp BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG 10 / 2019 3
tục cung cấp năng lượng cho lưới điện trong Điểm khác biệt cơ bản khác giữa các một thời gian. NMĐQĐ so với các NMĐ truyền thống là khả • Khả năng điều độ (dispatchable capacity) năng đồng bộ hóa (synchronizing capacity), khả NMĐQĐ là rất hạn chế, trừ khi có hệ thống tích năng này có ảnh hưởng rất lớn đến khả năng trữ năng lượng. ổn định động của hệ thống, đặc biệt khi có các • Sự phối hợp giữa các NMĐQĐ và các sự cố xảy ra trên lưới điện. Hệ thống điện hiện NMĐ thông thường khác là vấn đề cần đặc biệt hữu chủ yếu bao gồm các NMĐ truyền thống quan tâm, nhất là việc quản lý công suất phản dùng các máy phát điện đồng bộ công suất kháng khi có các NMĐQĐ công suất rất lớn lớn có moment đồng bộ hóa (synchronizing đấu nối vào lưới điện. torque) lớn, cùng với quán tính lớn của rôto đóng vai trò rất quan trọng và quyết định góc Như vậy, điểm khác biệt cơ bản đầu tiên rôto của các máy phát ngay sau một sự cố xảy ra giữa các NMĐQĐ so với các NMĐ truyền trên lưới điện. Các máy đồng bộ khi phát công thống là khả năng điều độ. Các nhà máy điện suất tác động vào hệ thống làm duy trì tính truyền thống, như các nhà máy nhiệt điện, là đồng bộ, đồng thời làm tắt dần các dao động điều phối được vì dễ dàng thay đổi sản lượng cơ học nhờ vào moment đồng bộ hóa và thành điện của chúng (tăng hoặc giảm) để đáp ứng các phần hãm của moment điện từ (khi có bất kì sự thay đổi về tải. Trong khi đó, các NMĐQĐ có không đồng bộ giữa tốc độ rôto và từ trường sản lượng điện thay đổi và không ổn định, và quay trong máy phát). Chính sự hiện diện của tùy thuộc rất lớn vào thời tiết địa phương, và các máy phát đồng bộ trong hệ thống điện với hoàn toàn không phát công suất vào ban đêm, quán tính quay và moment đồng bộ hóa lớn, do đó không có khả năng điều độ. cùng với các hệ thống điều khiển là tác nhân cơ bản trong việc giảm thiểu sự mất cân bằng lớn về công suất tác động và công suất phản kháng xuất hiện trong lưới điện. Đặc tính cơ bản này của các hệ thống điện sẽ thay đổi đáng kể với sự xâm nhập ngày càng tăng của các NMĐ NLTT, trong đó các NMĐQĐ, với vai trò bộ biến tần thay thế cho các máy phát đồng bộ, được đấu nối vào lưới điện. Các bộ biến tần này biến đổi điện một chiều thành điện xoay chiều và quản lý dòng năng lượng chảy qua bằng cách điều khiển việc chuyển mạch các thiết bị bán dẫn công suất ở tần số khá cao (kHz). Khác hẳn với máy phát điện đồng bộ, bộ biến tần hoàn toàn là một thiết bị điện tử công suất và không chứa bất kỳ bộ phận quay nào, do đó không có quán tính quay và moment đồng bộ hóa để có thể trợ giúp vào việc ổn định động của hệ thống. Trong tương lai, các NMĐQĐ công suất lớn dự kiến sẽ phải có khả năng làm việc với các đặc tính hỗ trợ sự ổn định của lưới điện, tương tự như các nhà máy điện truyền thống [4]. Hiện tại, các NMĐQĐ khi đưa vào vận hành sẽ có các tác động đến sự ổn định và an ninh của lưới điện. Do đó, điều quan trọng là phân tích các vấn đề xâm nhập lớn của NMĐQĐ vào hệ Hình 3. Sơ đồ đấu nối các biến tần: (a) kiểu trung tâm; (b) thống điện. kiểu nhiều chuỗi. 4 BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG 10 / 2019
A. Ổn định tần số và điều khiển công suất tác dụng 1) Giai đoạn đáp ứng quán tính lưới: Đây là Hình 4 [2,3] là sơ đồ hình cây phân loại ổn giai đoạn đầu của đáp ứng tần số, ngay khi sự định trong hệ thống điện truyền thống, theo ổn cố xảy ra trên lưới điện. Các máy phát đồng bộ định góc rôto, ổn định tần số và ổn định điện với động năng quay (rotational kinetic energy) áp. Độ ổn định của hệ thống điện có thể được tích trữ dưới dạng quán tính rôto tạo nên quán chia thành ba loại chính: ổn định góc rôto, ổn tính của cả hệ thống. Quán tính hệ thống này là định tần số và ổn định điện áp. Trong mỗi loại một đặc điểm vốn có quan trọng giúp vào việc trên lại chia thành hai loại phụ: ổn định tín hiệu ổn định động tần số [2,3]. nhỏ (small-signal stability) và ổn định quá độ 2) Giai đoạn điều khiển: với ba cấp điều (transient stability). khiển để điều khiển tần số theo sau sự cố và - Ổn định góc rôto là khả năng duy trì sự nhu cầu chức năng. đồng bộ của các máy phát đồng bộ trong hệ a) Điều khiển sơ cấp (cấp 1) (primary thống điện kết nối, khi có nhiễu loạn xảy ra control): thông qua cơ chế điều khiển của bộ trong hệ thống. điều chỉnh tốc độ (bộ điều tốc= speed governor) - Ổn định tần số là khả năng của một hệ của tuabin nhằm tác động tuabine phản ứng thống điện duy trì tần số ổn định trong quá nhanh với độ lệch tần số theo đặc tính giảm tốc trình hoạt động bình thường và khôi phục tần độ-công suất của máy phát. số về giá trị trong sai lệch theo tiêu chuẩn, trong b) Điều khiển thứ cấp (cấp 2) (secondary các tình huống của hệ thống khi có sự mất cân control): là tác động bổ sung của hệ thống bằng lớn giữa công suất tải và công suất phát. Điều khiển tự động công suất phát (Automatic - Ổn định điện áp là khả năng duy trì điện Generation Control= AGC) nhằm huy động áp trong giới hạn qui định của hệ thống điện ở công suất dự trữ để đưa tần số về giá trị danh các thanh cái sau khi sự cố xảy ra để tránh hiện định. AGC là hệ thống thiết bị tự động điều tượng sụp đổ điện áp dây chuyền, gây mất điện chỉnh tăng giảm công suất tác dụng của tổ máy trên diện rộng. phát điện nhằm duy trì tần số của hệ thống điện ổn định trong phạm vi cho phép và điều chỉnh dòng chảy công suất giữa các tổ hợp nhà máy điện theo nguyên tắc vận hành kinh tế tổ máy phát điện. c) Điều khiển cấp 3 (tertiary control): được huy động đến, khi có sự cố lớn, rộng khắp hệ thống điện mà không thể khắc phục bằng hệ điều khiển thứ cấp, và khi có nguồn dự trữ dồi dào của công suất phát của hệ thống. Tác động hiệu chỉnh của bộ điều tốc diễn ra trong vài giây, trong khi của bộ điều khiển thứ cấp sẽ lâu hơn, trong vài phút, và của bộ điều khiển cấp ba sẽ là chậm nhất. Hình 4. Phân loại các loại ổn định trong hệ thống điện [2,3] B. Ổn định điện áp và điều khiển công suất Các hệ thống điều khiển phía máy phát phản kháng có nhiệm vụ duy trì trạng thái cân bằng, tăng Các máy phát đồng bộ luôn được trang bị bộ cường và cải thiện độ ổn định, độ tin cậy của điều chỉnh điện áp tự động (automatic voltage hệ thống điện khi có sự cố xảy ra trên lưới. control= AVR), theo kiểu vòng kín điều chỉnh Trong một nhà máy phát điện truyền thống với dòng kích từ để điều khiển điện áp stato. Nhiệm turbine/ máy phát điện đồng bộ thường có các vụ của bộ AVR: quá trình điều khiển sau. 1) Điều chỉnh điện áp ở trạng thái xác lập BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG 10 / 2019 5
khi AVR trong mạch kích từ hoạt động ở chế độ trị điện áp tại các bus, chiều và giá trị dòng công điều khiển điện áp. suất trên các đường dây. Hệ thống thử nghiệm 2) Bù và hỗ trợ công suất phản kháng VAR này bao gồm 3 máy biến áp (MBA) hai cuộn khi AVR trong hệ thống hoạt động ở chế độ dây 100 MVA/ MBA, 6 đường dây và 3 phụ tải VAR (quá kích từ hay dưới kích từ) giúp phát (Load A@135.0 MVA, Load B@94.9 MVA và ra/ lấy vào công suất phản kháng. Load C@106.0 MVA). Các kV cơ sở được chọn Ngoài ra, máy biến áp điều chỉnh nấc dưới là 13.8 kV, 16.5 kV, 18 kV và 230 kV. Sơ đồ một tải hay không tải cũng được dùng trong mục sợi của hệ thống 9 bus với NMĐQĐ cho trong đích trên [2,3]. Hình 6. C. Ổn định góc rôto máy phát đồng bộ B. Mô hình NMĐQĐ tích hợp trong hệ thống 9 bus 1) Ổn định góc tín hiệu nhỏ: Bộ ổn định hệ thống điện (Power System Stabilizer= PSS) Hệ thống thử nghiệm 9 bus hoàn chỉnh làm trong hệ thống kích từ giúp cải thiện độ ổn định việc với NMĐQĐ được xây dựng trong ETAP. góc khi xảy ra nhiễu loạn nhỏ trong hệ thống Mô hình NMĐQĐ 243 MWp (công suất đỉnh [1,2]. MPP= Maximum Power Point) được xây dựng từ các tấm pin công suất 200 Wp/tấm pin được 2) Cải thiện độ ổn định quá độ: Kích từ tác nối tiếp/song song tạo thành các mảng pin mặt động nhanh cùng với PSS và một số điều khiển trời (PV array) 24.5 MW, với thanh cái DC ở khác giúp cải thiện độ ổn định góc khi xảy ra điện áp 1000 VDC. nhiễu loạn lớn trong hệ thống [1,2]. A. Mô hình hệ thống thử nghiệm IEEE 9 bus: Với mục đích đánh giá các tác động lên hệ thống điện hiện hữu với kịch bản khác nhau khi mức độ xâm nhập của các NMĐQĐ vào lưới tăng dần, sau đây sử dụng một mô hình hệ thống thử nghiệm IEEE với 9 thanh cái (bus) (P.M Anderson 9-bus IEEE test system) (Hình 5.a), với các mô phỏng được thực hiện trong phần mềm ETAP 12.6. Tuy hệ thống thử nghiệm có số lượng bus hạn chế, nhưng các kết quả nhận Hình 5.a Sơ đồ một sợi của hệ thống 9 bus cơ sở (không được sẽ giúp có cái nhìn tương đối tổng quát có NMĐQĐ), b. phân bố công suất về các tác động điển hình cần phải quan tâm đến, khi mức độ xâm nhập của các NMĐQĐ vào lưới ngày càng tăng trong tương lai của các hệ thống điện rộng lớn hơn. Sau đây giới thiệu hệ thống 9 bus IEEE tích hợp với nguồn phát quang điện công suất lớn, cùng các kết quả và các phân tích đánh giá về các tác động lên hệ thống ứng với các kịch bản của mức xâm nhập khác nhau từ [1], “Grid Stability Analysis for High Penetration Solar Photovoltaics”, Ajit Kumar K, Dr. M. P. Selvan, K. Rajapandiyan. Hình 5.a là sơ đồ một sợi của hệ thống 9 bus , khi không tích hợp NMĐQĐ, với các giá trị điện áp tại các bus và trở kháng đường dây truyền tải. Hình 5.b cho thấy phân bố công suất Hình 6. Sơ đồ một sợi của hệ thống 9 bus đấu nối với của mạch cơ sở ở điều kiện xác lập, với các giá NMĐQĐ 243 MWp 6 BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG 10 / 2019
Mỗi mảng pin mặt trời đấu nối với BTQĐ 26.2 được nâng áp lên 230 kV qua MBA và đấu nối MVA, điện áp AC định mức 11 kV. Nhiều mảng vào thanh cái Bus 5 của lưới truyền tải 230 kV pin mặt trời đấu nối vào thanh cái 11 kV, với tên của hệ thống (Hình 6)./ gọi thanh cái là Solar Bus. Sau đó điện áp 11 kV (Xin xem tiếp phần 2 trong số kế tiếp) TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Ajit Kumar K, Dr. M. P. Selvan, K. Rajapandiyan, “Grid Stability Analysis for High Penetration Solar Photovoltaics”, http://regridintegrationindia.org/wp-content/uploads/sites/3/2017/09/10C_4_ GIZ17_098_paper_AJIT_KUMARK.pdf [2]. P. Kundur, “Power System Stability and Control”, 1st Edition, Mcgrawhill Inc, 2006. [3]. P. Kundur et al., “Definition and Classification of Power System Stability”, IEEE/CIGRE Joint Task Force on Stability Terms and Definitions, IEEE Transactions on Power Systems, Vol. 19, No. 3, pp. 1387-1401, Aug. 2004. [4]. Benjamin Kroposki, Brian Johnson, Yingchen Zhang, Vahan Gevorgian, Paul Denholm, Bri-Mathias Hodge, And Bryan Hannegan, “Achieving A 100% Renewable Grid: Operating Electric Power Systems with Extremely High Levels of Variable Renewable Energy”, IEEE Power & Energy Magazine March/ April 2017 1540-7977/17©2017. [5]. Elyas Rakhshani, Kumars Rouzbehi, Adolfo J. Sánchez, Ana Cabrera Tobar, Edris Pouresmaeil, “Integration of Large Scale PV-Based Generation into Power Systems: A Survey”, Energies 2019, 12, 1425; DOI:10.3390/EN12081425, www.mdpi.com/journal/energies [6]. Tran Quoc Tuan, “Integration of Solar PV Systems into Grid: Impact Assessment and Solutions”, CEA- INES and INSTN (Paris Saclay University), Hội Nghị Khoa Học& Công Nghệ Điện Lực Toàn Quốc 2017, Nhà Xuất Bản Bách Khoa Hà Nội Hà Nội- 2017, pp 30-54. [7]. Nguyễn Mậu Cương, Nguyễn Đức Ninh. “Tổng Quan các Quy Định và các Nghiên Cứu Nối Lưới Đối với Năng Lượng Tái Tạo và Tính Toán cho Nhà Máy Điện Mặt Trời tại Nam Phi”, Hội Nghị Khoa Học& Công Nghệ Điện Lực Toàn Quốc 2017, Nhà Xuất Bản Bách Khoa Hà Nội Hà Nội- 2017, pp 82-100. [8]. U. Andreas, T.S. Borsche, G. Andersson, “Impact of Low Rotational Inertia on Power System Stability and Operation”, IFAC World Congress 2014, Capetown, South Africa, 2014. [9]. Y. T. Tan, D. S. Kirschen, “Impact on The Power System of A Large Penetration of Photovoltaic Generation”, 2007 IEEE Power Engineering Society General Meeting, Tampa, Fl, 2007, pp. 1-8. [10]. S. Eftekharnejad, V. Vittal, G. T. Heydt, B. Keel ,J. Loehr, “Impact Of Increased Penetration Of Photovoltaic Generation On Power Systems”, IEEE Transactions on Power Systems, Vol. 28, No. 2, pp. 893-901, May 2013. [11]. W. Yang, X. Zhou, F. Xue, “Impacts Of Large Scale and High Voltage Level Photovoltaic Penetration on The Security and Stability of Power System”, 2010 Asia-Pacific Power and Energy Engineering Conference, Chengdu, 2010, pp. 1-5. [12]. Dave Gahl, Brandon Smithwood, Rick Umoff, “Hosting Capacity: Using Increased Transparency of Grid Constraints to Accelerate Interconnection Processes”, September 2017, The Third in SEIA’s Improving Opportunities for Solar Through Grid Modernization Whitepaper Series, https://www. seia.org/sites/default/files/2017-09/SEIA-GridMod-Series-3_2017-Sep-FINAL.pdf BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG 10 / 2019 7
Bộ môn Hệ thống điện – Trường ĐH Bách Khoa Đại học Quốc gia TP. HCM Bài viết giới thiệu mô hình giảng dạy cho một hệ thống MiniSCADA trong hệ thống điện dựa trên các thiết bị của Công ty ABB. Hệ thống MiniSCADA thực hiện việc kết nối và điều khiển hai máy cắt chân không qua màn hình HMI và phần mềm SCADA Ekip View của Công ty ABB. Các thiết bị được kết nối theo chuẩn TCP/IP được sử dụng phổ biến trong các trạm biến áp hiện nay. Hệ thống MiniSCADA thực hiện năm chức năng cơ bản của hệ thống SCADA là: thu thập dữ liệu, điều khiển đóng cắt xa, truy xuất dữ liệu quá khứ, ra cảnh báo và cài đặt thông số relay từ xa. Hệ thống MiniSCADA được đưa vào giảng dạy ở bậc học sau đại học tại Trường Đại học Bách khoa – ĐHQG TPHCM kể từ năm học 2019 - 2020. dữ liệu từ các thiết thiết bị công nghiệp hoặc Với mục tiêu hiện đại hóa lưới điện, tiến tới các cảm biến, xử lý và thực hiện các phép tính phát triển “Lưới điện thông minh” theo quyết trên các dữ liệu thu thập được, hiển thị các dữ định số 1670/QĐ-TTg năm 2012 của Thủ tướng liệu thu thập được và kết quả đã xử lý, nhận các Chính phủ, Bộ công thương đã xây dựng đề án lệnh từ người điều hành và gửi các lệnh đó đến tổng thể nhằm thực hiện mục tiêu này [1]. Trong các thiết bị của nhà máy, xử lý các lệnh điều đó, công tác trọng tâm đến năm 2020 là xây khiển tự động hoặc bằng tay một cách kịp thời dựng hệ thống SCADA rộng khắp từ lưới điện và chính xác [5]. 500kV, 220kV, 110kV đến các nhà máy điện có Cấu trúc của hệ thống SCADA gồm nhiều công suất lớn hơn 10MW. Để triển khai đề án, thành phần như: Trạm điều khiển trung tâm, Tổng Công ty Điện lực miền Nam đã thành lập trạm thu thập dữ liệu đầu cuối, hệ thống truyền Trung tâm Điều hành SCADA từ tháng 3/2016 thông và phần mềm hỗ trợ giao diện người – [2]. Trong khi đó, Tổng Công ty Điện lực Thành máy. Trong đó, trạm thu thập dữ liệu đầu cuối phố Hồ Chí Minh cũng chính thức vận hành thông thường là RTU (Remote terminal Unit), Trung tâm điều khiển từ xa từ tháng 8/2017 [3]. PLC (Programmable Logic Controller) hoặc Đến nay, lãnh đạo Tập đoàn Điện lực Việt Nam các thiết bị điện tử thông minh IED (Intelligent đánh giá rất cao hiệu quả của hệ thống SCADA Electronic Devices). Các thiết bị này có chức đang được triển khai và tiếp tục thúc đẩy hoàn năng đo đạc và gửi tín hiệu về trạm điều khiển thiện công tác xây dựng hệ thống SCADA cho thông qua hệ thống truyền thông, đồng thời toàn lưới điện Việt Nam[4]. Đi đôi với công tác nhận tín hiệu thao tác từ trạm điều khiển. Theo xây dựng hệ thống SCADA, việc đào tạo cán bộ quá trình phát triển, hệ thống truyền thông kỹ thuật cũng là yêu cầu cấp thiết đối với các được sử dụng trong hệ thống SCADA cũng rất đơn vị điện lực. Vì vậy, việc xây dựng mô hình đa dạng. Một số chuẩn phổ biến hiện nay như thực hành SCADA trong trường đại học nhằm IEC 60870 – 5 – 104, IEC 61850, Modbus. Mỗi đáp ứng những yêu cầu mới được đặt ra trong chuẩn truyền thông đều có ưu và nhược điểm công tác đào tạo nguồn nhân lực. khác nhau. Vì vậy, tùy thuộc vào nhu cầu người SCADA là một hệ thống thu thập dữ liệu, dùng mà sẽ có sự lựa chọn cho phù hợp. Phần giám sát và điều khiển các quá trình từ xa, viết mềm SCADA là thành phần không thể thiếu, tắt của cụm từ “Supervisory Control And Data giúp cho người vận hành mô tả, quản lý, giám Acquisition”. Từ hệ thống SCADA, người vận sát và thực hiện các chức năng điều khiển của hành có thể nhận biết và điều khiển hoạt động hệ thống SCADA. các thiết bị thông qua máy tính và mạng truyền Dựa trên các yêu cầu về chức năng của hệ thông. Thông thường hệ thống SCADA được thống SCADA và các giao thức truyền thông thiết kế để thực hiện các chức năng: thu thập được sử dụng phổ biến, bài báo sẽ giới thiệu mô 8 BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG 10 / 2019
hình miniSCADA thực hiện đầy đủ các chức được cho như bảng 1. Quá trình cài đặt IP cho năng cơ bản của hệ thống SCADA và kết nối máy cắt ACB2000A và máy tính laptop lần được với các thiết bị qua chuẩn truyền thông TCP/IP. cho trình bày trong hình 2 và hình 3. Sau khi cài Phần mềm SCADA được sử dụng là phầm mềm đặt và kết nối phần cứng cho mỗi thiết bị, ta sử EkipView được cung cấp bởi Công ty ABB Việt dụng lệnh “ping” trong ứng dụng cmd.exe của Nam. Hệ thống miniSCADA trong bài báo có máy tính CTOS-PC để kiểm tra kết nối. Khi tất khả năng thu thập dữ liệu, điều khiển đóng cắt cả các thiết bị đều đã được kết nối, ta kiểm tra xa đối với hai máy cắt chân không. Phần mềm lại danh mục các thiết bị đã kết nối bằng lệnh EkipView cho phép truy cập lịch sử sự cố, xuất “arp –a”, kết quả hiện ra màn hình như hình 4. đồ thị, cài đặt, chỉnh định thông số máy cắt từ Bảng 1: Phân bổ địa chỉ IP cho các thiết bị xa. trong mô hình thực hành: Cấu trúc bài báo gồm 5 phần. Trong đó, Thiết bị Địa chỉ IP phần 1 là phần giới thiệu tổng quan về hệ thống SCADA và mô hình miniSCADA. Phần 2 sẽ Router Wireless 192.168.0.1 trình bày về các thiết bị và cách thức kết nối tín hiệu giữa các thiết bị. Trong phần 3, các số liệu Máy tính CTOS-PC 192.168.0.8 đo đạc, đồ thị từ phần mềm EkipView sẽ được Máy cắt ACB 2000 192.168.0.6 trình bày. Thao tác cài đặt xa máy cắt được trình bày trong phần 4. Và cuối cùng là phần tổng kết. Máy cắt ACB 1600 192.168.0.3 Laptop cá nhân 192.168.0.9 A. Cấu trúc hệ thống miniSCADA: Hệ thống thực hành miniSCADA gồm các thiết bị chủ yếu trong Hình 1 như sau: 1. Moderm mạng Lan có hỗ trợ phát wifi. Moderm được sử dụng trong bài thực hành là moderm của các hãng: D-Link và TP-Link. 2. Máy tính CTOS-PC có màn hình cảm ứng và cài đặt phần mềm SCADA EkipView. 3. Laptop cá nhân kết nối qua Wifi và có cài đặt phần mềm SCADA EkipView 4. Máy cắt chân không ABB Sace Emax2 Hình 1: Sơ đồ kết nối tín hiệu của hệ thống miniSCADA E2.2N (sau đây gọi tắt là máy cắt ACB2000A) 5. Máy cắt chân không ABB Sace Emax2 E1.2N (sau đây gọi tắt là máy cắt ACB1600A) Ngoài các thiết bị phục vụ cho hệ thống SCADA, mô hình thực hành còn có bộ tạo dòng để tạo dòng sự cố giả lập cho các máy cắt. B. Kết nối tín hiệu trong hệ thống miniSCADA: Các thiết bị được kết nối với nhau bằng mạng TCP/IP, trong đó moderm mạng Lan đóng vai trò là router. Địa chỉ IP của các thiết bị Hình 2: Cài đặt địa chỉ IP cho máy cắt ACB2000A BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG 10 / 2019 9
Hình 7: Thiết kế sơ đồ lưới điện Hình 3: Cài đặt địa chỉ cho laptop Hình 8: Ghi nhận thông số đo đạc và điều khiển thiết bị Hình 4: Kết quả kết nối các thiết bị được kiểm tra từ laptop Hình 9: Biểu đồ dòng điện được ghi nhận từ phần mềm EkipView Hình 5: Giao diện lúc khởi động của phần mềm Ekip View Máy cắt ACB2000A có chức năng bảo vệ quá tải, quá dòng điện và dòng chạm đất. Các đường đặc tuyến bảo vệ của máy cắt ACB2000A được cho như hình 10. Ứng với mỗi chức năng bảo vệ chúng ta có thể cài đặt từ xa các thông số thông qua phần mềm EkipView. Hình 11 cho thấy thông số cài đặt từ xa cho chức năng bảo vệ quá tải. Các thông số được cài đặt bao gồm: lựa chọn đường đặc tuyến, ngưỡng Hình 6: Các thiết bị được phần mềm EkipView nhận biết dòng quá tải, thời gian cắt, lưu trữ nhiệt độ và chức 10 BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG 10 / 2019
năng cảnh báo sớm (prealarm). Chức năng cảnh báo sớm cho phép cài đặt dòng điện cảnh báo thấp hơn (bằng 90%) dòng ngưỡng tác động. Khi cài đặt chức năng cảnh báo sớm, nếu dòng điện tải vượt ngưỡng cảnh báo, phần mềm sẽ hiển thị cảnh báo vàng. Nhờ đó người vận hành có thời gian áp dụng các biện áp giảm dòng tải trước khi máy cắt tác động do bị quá dòng. Mô hình thực hành miniSCADA đã thực hiện được trọn vẹn các chức năng cơ bản của Hình 10: Các đặc tuyến bảo vệ của máy cắt ACB2000A một hệ thống SCADA trong hệ thống điện. Các thiết bị được kết nối qua mạng LAN và hỗ trợ kết nối bằng wireless. Phần mềm SCADA EkipView với các chức năng gọn nhẹ, tiện dụng, thực hiện đầy đủ các chức năng cơ bản như bảo mật tài khoản truy cập, kết nối thiết bị, thiết kế giao diện và điều khiển vận hành. Mô hình thực hành còn cho phép cài đặt từ xa các ngưỡng dòng tác động của thiết bị bảo vệ. Vì vậy, mô hình đáp ứng đầy đủ các tính năng của một hệ thống SCADA thu nhỏ, đảm bảo công tác đào Hình 11: Cài đặt chức năng bảo vệ quá dòng điện tạo cho các kỹ thuật viên./ 1. Bộ Công thương, Quyết định 4602/QĐ-BCT về việc phê duyệt đề án tổng thể phát triển lưới điện thông minh tại Việt Nam, 2016 2. EVNSCP SCADA, “Giới thiệu Trung tâm điều hành”, https://scada.evnspc.vn/about/Gioi-thieu- Trung-tam.html (truy cập ngày 23/9/2019) 3. Đức Dũng, “Trung tâm điều khiển từ xa của Điện lực TP.HCM sẽ vận hành từ tháng 8”, 2017, https://bnews.vn/trung-tam-dieu-khien-tu-xa-cua-dien-luc-tp-hcm-se-van-hanh-tu- thang-8/52450.html (truy cập ngày 23/9/2019) 4. EVN, “Nhiều hệ thống tự động hóa đã được EVN triển khai hiệu quả”, 2019, https://www.evn.com. vn/d6/news/Nhieu-he-thong-tu-dong-hoa-da-duoc-EVN-trien-khai-hieu-qua-6-12-23257.aspx (truy cập ngày 23/9/2019) 5. Đặng Tiến Trung & Vũ Quang Hồi, “Hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu SCADA”, NXB Bách khoa – Hà Nội. 6. ABB VN, “Hướng dẫn thực hành tủ demo hạ thế”, 2016 7. Lê Hoàng Duy & Nguyễn Xuân Dương, “Xây dựng hệ thống mini SCADA mô phỏng vận hành trong hệ thống điện”, Luận văn đại học, 2018 BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG 10 / 2019 11
Công ty Thí nghiệm điện miền Nam Hiện nay trên thị trường có nhiều loại dầu cách điện được sử dụng cho máy biến áp (MBA). Nhưng vấn đề kiểm soát chất lượng đầu vào của dầu cách điện cho MBA vẫn chưa được quan tâm nhiều lắm. Thông qua việc đánh giá khả năng kháng oxy hóa của dầu sẽ giúp chúng ta kiểm soát được chất lượng ban đầu của dầu cách điện trước khi được sử dụng cho MBA. Khả năng kháng oxy hóa là một đặc tính quan trọng của dầu cách điện. Khả năng kháng oxy hóa cao sẽ giúp dầu cách điện, MBA kéo dài thời gian sử dụng, tiết kiệm tối đa chi phí bảo dưỡng và giúp đảm bảo vận hành MBA không gặp sự cố. Khả năng kháng oxy hóa này phụ thuộc nhiều vào dầu cách điện có chứa chất ức chế hay không chứa chất ức chế. Những lợi ích của dầu cách điện có chứa chất ức chế so với dầu không chứa chất ức chế đã phần nào được thể hiện khá rõ trong thực tế và trong phòng thử nghiệm. Hiện tại, có nhiều phương pháp thử nghiệm khả năng kháng oxy hóa của dầu cách điện và phương pháp ASTM D2112 mà phòng Thí nghiệm Hóa Dầu-Công ty Thí nghiệm điện miền Nam đang áp dụng là một trong những phương pháp thử nghiệm đó. Hình 1- Máy thử kháng oxy hóa dầu K70290 Koehler/USA tại phòng Thí nghiệm Hóa Dầu-Công ty Thí nghiệm điện miền Nam. Bài báo này nhằm mục đích giúp cho những nhà sản xuất, nhà quản lý và vận hành MBA hiểu biết thêm về chất lượng, các phương pháp phân tích kháng oxy hóa của các loại dầu cách điện đang được sử dụng hiện nay. Từ đó, có phương án lựa chọn loại dầu cách điện, phương pháp phân tích, vận hành và bảo dưỡng thích hợp đối với dầu cách điện, MBA. 12 BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG 10 / 2019
Do điều kiện làm việc khá khắc nghiệt của dầu cách điện phải chịu cường độ điện trường Bảng 1 liệt kê một số đặc tính vật lý - hóa và nhiệt độ cao trong một khoảng thời gian dài học tốt hơn của loại dầu cách điện có chứa chất và liên tục nên dầu trong MBA phải có khả năng ức chế so với dầu không chứa chất ức chế trong kháng oxy hóa cao để có thể kéo dài tuổi thọ của các máy biến áp thực tế trong lưới điện. dầu, tiết kiệm tối đa chi phí bảo dưỡng. Do đó, MBA khâu lựa chọn dầu gốc, các kỹ thuật tinh luyện, MBA số 1 công nghệ pha trộn bổ sung phụ gia kháng oxy Màu sắc số 2 Màu sắc với dầu hóa là hết sức cần thiết. Hiện tại, theo IEC và dầu của với dầu dầu của không ASTM có thể phân loại dầu cách điện có hai loại MBA chứa MBA chứa số 1 chất ức số 2 chính như sau: chất ức chế - Dầu không chứa chất ức chế (uninhibited chế oil): là dầu không chứa các chất ức chế kháng Cấp điện áp 420 425 oxy hóa nhưng có chứa các chất ức chế kháng (kV) oxy hóa tự nhiên. Dầu loại này vẫn đảm bảo các Công suất 780 970 tính năng cơ bản của dầu cách điện nhưng khả (MVA) năng kháng oxy hóa không cao do nó không Năm sản 1985 1973 được thêm vào các chất ức chế kháng oxy hóa. xuất - Dầu có chứa chất ức chế (inhibited oil): là Màu sắc 4.5 2.5 dầu được bổ sung các chất ức chế kháng oxy Acid 0.12
Hình 2- Dầu mới không chứa chất ức chế, dầu đã sử dụng không chứa chất ức chế và dầu gốc naphthenic mới chứa chất ức chế từ lúc bắt đầu đến khi kết thúc 10 ngày kiểm tra.[3 Quá trình oxy hóa dầu cách điện là một chuỗi các phản ứng dây chuyền, các sản phẩm của nó là cặn (sludge), acid, các hợp chất hữu cơ không tan trong dầu và nhất là làm giảm các chỉ tiêu kỹ thuật của dầu (màu sắc biến xấu, sức căng bề mặt giảm, nhiệt độ chớp cháy giảm, Hình 4- Cặn bám bên ngoài của vật liệu cách điện giấy [1] lượng khí hòa tan tăng, tg δ tăng, hàm lượng ẩm tăng). Cặn ảnh hưởng đến đặc tính cách điện và làm mát của dầu cách điện, ngoài ra nó còn đóng bám lên vật liệu cách điện và các bộ phận kim loại khác gây quá nhiệt. Nếu tính acid cao thì cặn chắc chắn sẽ được hình thành và nó còn ảnh hưởng lớn đến vật liệu cách điện rắn. Hình 5- Vật liệu cách điện rắn với các giá trị acid tổng Hình 3- Cuộn dây của một MBA sửa chữa với cặn bám bên ngoài [1] khác nhau được chụp dưới kính hiển vi điện tử [2] 14 BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG 10 / 2019
Theo tiêu chuẩn Theo tiêu ASTM Hiện nay, theo IEC và ASTM, có nhiều chuẩn IEC D3487, phương pháp dùng để phân tích kháng oxy hoá 60296, hàm hàm của dầu. Theo tiêu lượng acid lượng acid chuẩn Các phương pháp thử nghiệm IEC 61125 và cặn sau và cặn, ASTM (A,B,C) và ASTM D2440 dựa trên việc đo lường 500 giờ; max, 72 Tiêu D3487, sự hình thành các sản phẩm phụ của quá trình max giờ:Cặn, chuẩn thời gian lão hoá dầu như acid hoặc cặn trong một điều 0,1% nhỏ nhất kiện thí nghiệm và thời gian chuẩn. Các phương Acid, 0,3 Cặn, 0,8% là 195 pháp thử nghiệm này có thể được sử dụng với mgKOH/g phút 164 dầu có chất ức chế hoặc không có chất ức chế. Acid, 0,5 giờ:Cặn, Trong khi đó, ASTM D2112 (đối với dầu cách mgKOH/g 0,2 % điện cho MBA) hoặc ASTM D2272 (sử dụng cho Acid, 0,4 dầu nhờn tuabin, dầu thuỷ lực) là phương pháp mgKOH/g phân tích nhanh kháng oxy hoá của dầu dựa Bảng 2 - So sánh các phương pháp thử nghiệm kháng trên việc sử dụng một môi trường chuẩn hoá oxy hoá dầu loại II theo ASTM, IEC (nhiệt độ, chất xúc tác đồng, áp suất) để xác định Từ Bảng 2 ở trên, ta thấy rõ phương pháp thời gian chịu đựng của dầu. Phương pháp thử ASTM D2112 có thời gian thử nghiệm ngắn nghiệm này phù hợp cho việc phân tích dầu có hơn nhiều so với các phương pháp khác. chứa chất ức chế kháng oxy hóa. Điều quan trọng trong việc vận hành MBA là phải biết rõ dầu cách điện là loại có chứa chất ức chế oxy hóa hay không để lựa chọn phương Thông IEC ASTM ASTM pháp phân tích và đánh giá thích hợp. Nếu kết số 61125C D2440 D2112 quả kháng oxy hóa của dầu không đạt được các tiêu chuẩn cần thiết theo phân loại dầu, dầu không nên được chấp nhận trong việc đưa vào Loại dầu I (Inhibited 2 2 áp dụng Oil) sử dụng. Thời gian Kháng oxy hóa được xem là phân tích quan Hàm trọng nhất được thực hiện đối với dầu cách điện để áp suất lượng cặn mới để đánh giá hiệu suất dài hạn trong suốt Thông Hàm lượng oxy đạt và acid thời gian sử dụng. Biết được những tác động số thử acid và cặn được một sau 72 giờ xấu của quá trình oxy hóa, cũng như lợi ích của nghiệm sau 500 giờ giá trị hoặc 164 dầu có chứa chất ức chế so với dầu không chứa nhất định giờ. chất ức chế. Do đó, Tổng Công ty Điện lực miền (phút) Nam đã ban hành Tiêu chuẩn vật tư thiết bị Phụ thuộc điện (EVN SPC-QLĐT/QyĐ.114), trong đó quy vào từng định dầu cách điện sử dụng trong lưới điện phải đạt tiêu chuẩn Dầu loại II (dầu có chất ức chế ). loại dầu, Thời dao động Hiện nay, phòng Thí nghiệm Hóa Dầu- 72 - 164 Công ty Thí nghiệm điện miền Nam đã và đang gian thử 500 giờ trong giờ phân tích Kháng oxy hoá của dầu cách điện nghiệm khoảng theo phương pháp ASTM D2112 cho hầu hết 55 – 1000 các loại dầu cách điện sử dụng trong lưới điện, phút (~ 1 luôn đáp ứng kịp thời yêu cầu của khách hàng – 16 giờ) và Tiêu chuẩn vật tư thiết bị điện./ BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG 10 / 2019 15
[1]Working group, “Oxidation stability of insulating Fluids,”CIGRE paper, pp.28, 2013. [2] I.A.R.Gray, “Oxidation inhibitors for insulating oils”. [3] Dr Peter Smith*, Mr Bernd Lohmeyer, Mr Andree Hilker (Shell Global Solutions GmbH), “Fact or fiction-benefits of inhibited versus uninhibited hydrocarbon oils for transformers”, pp.10-11, 2011. IEC 60296-edition 4.0, 2012-02, Fluides for electrotechnical application-Unused mineral insulating oils for transformers and switchgear. ASTM D 3487 – 16 Standard Specification for Mineral Insulating Oil Used in Electrical Apparatus. ASTM D 4768 – Standard Test Method for Analysis of 2,6-Ditertiary-Butyl Para-Cresol and 2,6- Ditertiary-Butyl Phenol in Insulating Liquids by Gas Chromatography. IEC 61125- insulating liquids – Test methods for oxidation stability Test method for evaluating the oxidation stability of insulating liquids in the delivered state. ASTM D2440 - Standard Test Method for Oxidation Stability of Mineral Insulating Oil. ASTM D2272- Standard Test Method for Oxidation Stability of Steam Turbine Oils by Rotating Pressure Vessel. ASTM D2112- Standard Test Method for Oxidation Stability of Inhibited Mineral Insulating Oil by Pressure Vessel. IEC 62535- Test method for detection of potentially corrosive sulphur in used and unused insulating oil. Quy định Tiêu chuẩn vật tư thiết bị lưới điện trong Tổng Công Ty Điện lực Miền Nam-Mã số EVN SPC-QLĐT/QyĐ.114 . Hội Điện lực miền Nam tên “hiếm”, nhưng chúng không hiếm như người Trong các loại tài nguyên thiên nhiên của trái ta tưởng vì có mặt khắp nơi trong vỏ trái đất đất “ Đất hiếm” ( Rare Earth Element- REE ) nhưng không tích tụ lại một nơi như các mỏ kim được đánh giá rất quan trọng vì các công dụng loại khác. đặc biệt của nó. Loại nguyên tố có nhiều nhất là Cerium với hàm lượng là 68 phần triệu (ppm - part per million), ngay cả loại có ít nhất là Thulium và Lutetium cũng có hàm lượng cao gấp 200 lần so Các nguyên tố đất hiếm : với hàm lượng vàng đang có trong thiên nhiên. Cerium (Ce); Dysprosium (Dy); Erbium Chỉ có Promethium là cực hiếm, khoảng (Er); Europium (Eu); Gadolinium (Gd); 570g trong toàn bộ lớp vỏ trái đất, nhưng nguyên Holmium (Ho); Lanthanum (La); Lutetium tố này hầu như chỉ sử dụng trong một số thí (Lu); Neodymium (Nd); Praseodymium (Pr); nghiệm khoa học và có thể sản xuất nhân tạo với Promethium (Pm); Samarium (Sm); Scandium số lượng lớn. (Sc); Terbium (Tb); Thulium (Tm); Ytterbium Việc trích xuất nguyên tố “đất hiếm” từ quặng (Yb) và cuối cùng là Yttrium (Y). thô là rất khó khăn và tốn kém, do hiếm khi Dù 17 nguyên tố nêu trên được gọi bằng cái chúng tập trung một chỗ với hàm lượng đủ lớn 16 BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG 10 / 2019
để việc khai thác đạt được hiệu quả kinh tế. Đồng thời, việc khai thác và xử lý “đất hiếm” lại tàn phá môi trường rất nghiêm trọng, nên các quốc gia phương Tây rất hạn chế cấp phép khai thác trong nước. Đây là nguyên nhân người ta gọi chúng là “đất hiếm”. Mới đây, CNN vừa đưa tin Nhật đã tìm ra một mỏ “đất hiếm” có trữ lượng đến 16 triệu tấn từ lớp bùn đáy biển quanh hòn đảo nhỏ Minamitori, cách bờ biển Nhật 1.200 km. Người Nhật gọi đây là một phát hiện cực kỳ quan trọng, giúp họ không còn lệ thuộc vào nguồn đất hiếm nhập khẩu từ nước ngoài, chủ yếu là từ Trung Quốc. Theo khảo sát sơ bộ, trữ lượng một số loại “đất hiếm” quan trọng như Yttrium đủ sức đáp ứng nhu cầu toàn thế giới trong 780 năm, Dysprosium trong 730 năm, Europium trong 620 năm và Terbium trong 420 năm, tức là người Nhật sẽ có kho “đất hiếm” gần như vô tận. Tại Việt Nam, năm 2014, Công ty Dong Pao Rare Earth Development của Nhật đã liên doanh với Công ty Lai Châu - Vimico Rare Earth JSC của Việt Nam để khai thác “đất hiếm” ở huyện Tam Dương, tỉnh Lai Châu và xây dựng một nhà máy chế biến “đất hiếm” ở Bà Rịa-Vũng Tàu. BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG 10 / 2019 17
• Dùng để chế tạo các nam châm vĩnh cửu cho các máy phát điện • Dùng để đưa vào các chế phẩm phân bón vi lượng nhằm tăng năng suất và chống chịu sâu bệnh cho cây trồng • Dùng để chế tạo các nam châm trong các máy tuyển từ trong công nghệ tuyển khoáng • Dùng để diệt mối mọt, các cây mục nhằm bảo tồn các di tích lịch sử • Dùng chế tạo các đèn cathode trong các máy vô tuyến truyền hình • Dùng làm xúc tác trong công nghệ lọc hóa dầu và xử lý môi trường • Dùng làm vật liệu siêu dẫn • Các ion đất hiếm cũng được sử dụng như các vật liệu phát quang trong các ứng dụng quang điện • Được ứng dụng trong công nghệ laser • Dùng trong công nghệ sản xuất vũ khí và thiết bị quân sự Trong nông nghiệp, “đất hiếm” còn được bổ sung thêm vào phân bón để bón cho cây trồng, đồng thời cũng đã có một số thử nghiệm để bổ sung vào thức ăn chăn nuôi. Các bán thành phẩm đất hiếm (từ trái sang): gadolinium, praseodymium, cerium, samarium, lanthanum, neodymium 18 BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG 10 / 2019