Hiệu quả hạn chế dòng điện ngắn mạch của thiết bị hạn chế dòng ngắn mạch kiểu điện trở tại TBA 110 KV Bình An

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:12

Thêm vào BST

Báo xấu

30
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết hướng tới mục tiêu nghiên cứu, đưa ra giải pháp cho việc hạn chế dòng NM trên lưới điện Việt Nam, bằng cách lắp vào trung tính máy biến áp (MBA) một phần tử hạn chế dòng NM kiểu điện trở (R-FCL).

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Hiệu quả hạn chế dòng điện ngắn mạch của thiết bị hạn chế dòng ngắn mạch kiểu điện trở tại TBA 110 KV Bình An

352 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 HIỆU QUẢ HẠN CHẾ DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH CỦA THIẾT BỊ HẠN CHẾ DÒNG NGẮN MẠCH KIỂU ĐIỆN TRỞ TẠI TBA 110 KV BÌNH AN TS. Nguyễn Nhất Tùng1, TS. Nguyễn Quang Việt2 1 Khoa Kĩ thuật điện, Trường Đại học Điện lực 2 P. Ban Khoa học Công nghệ và Môi trường, Evn Tóm tắt: Với quy mô phát triển nguồn điện nhanh trong giai đoạn hiện nay, cùng với việc tải của hệ thống điện tăng, điều này dẫn đến hiện tượng tăng nhanh của giá trị dòng ngắn mạch (NM) trên lưới điện. Thậm chí, trên lưới điện Việt Nam, xuất hiện nhiều vị trí có giá trị dòng NM vượt quá giá trị cho phép. Bài báo hướng tới mục tiêu nghiên cứu, đưa ra giải pháp cho việc hạn chế dòng NM trên lưới điện Việt Nam, bằng cách lắp vào trung tính máy biến áp (MBA) một phần tử hạn chế dòng NM kiểu điện trở (R-FCL). Giải pháp này được thực hiện thông qua các bước: (1) thành lập phương pháp tính toán xác định giá trị điện trở cần lắp đặt, (2) mô phỏng lưới điện trong các trường hợp có thiết bị hạn chế dòng NM (3) lắp đặt phần tử trên lưới thực tế, thông qua sản phẩm điện trở của hãng sản xuất Bolid, (4) so sánh kết quả thực tế với kết quả mô phỏng. Kết quả giải pháp hạn chế dòng điện ngắn mạch được áp dụng cho một trường hợp thực tế trên lưới điện Việt Nam, trạm biến áp (TBA) 110 kV Bình An. Các kết quả thu được cho thấy tính hiệu quả cao của việc sử dụng R-FCL trên lưới điện Việt Nam. Từ khóa: Dòng điện ngắn mạch, Phần tử hạn chế dòng ngắn mạch, Trạm biến áp 110 kV, lắp đặt thiết bị. Abstract: In the context of quick development in recent period, electric power system in Viet Nam, with the power system load increases rapid, this resulted in the phenomenon of increased short circuit current value (NM) on grid. The quick development of the power sourse in recent period and the increasing power system load have led to rapid rising of short circuit current value on the grid. It existed already many points on the grid where short circuit current values exceed the allowed value. This article aims at seraching, giving out the solutions for limiting the short circuit current on Viet Nam grid by installing a Resisitive Fault Current Limiter (R-FCL) into neutral conductor of the transformer. This solution is carried out with the following steps: (1)establishing caculating method for installed resistant value, (2) Simulating grid involved resistive current fault limiter, (3) instaling limiter apparatus on the real grid with the Resistant product provided by Bolid manufacture, (4) Comparing the experimental result with the simulating results with the sinulating results. This would give out the solution for limiting short circuit current applied in a case on Viet Nam grid-110 Kv Binh An transformer substation. The results have shown high effectiveness of applying R-FCL on Vuet Nam grid. Keywords: Resistif Fault Current Limiter (R-FCL), Fault Current of court circuit, 110 kV Substation, Modelisation & Simulation.
PHÂN BAN TRUYỀN TẢI ĐIỆN | 353 1. HIỆN TRẠNG DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH TRÊN LƯỚI ĐIỆN VIỆT NAM Hiện nay, lưới điện truyền của tải Việt Nam được lấy điện chủ yếu từ các nguồn điện như thủy điện, nhiệt điện... với tổng công suất lắp đặt của các nhà máy điện là 37604 MW (theo điều độ A0, tính hết tháng 06/2015) [3], trong đó nhiệt điện chiếm khoảng 57%, thủy điện 38%, điện nhập khẩu chiếm 4%, điện nguyên tử và các nguồn khác chiếm 0,2%, hình 1. Tuy nhiên, nguồn điện lớn tập trung ở một số khu vực như thủy điện ở Tây Bắc Bộ, thủy điện nhiệt điện ở Đông Bắc Bộ và Nam Bộ, dẫn đến việc truyền tải điện về các khu vực tiêu thụ lớn như Hà Nội và Thành phố Hồ Chí Minh (Tp. HCM) rất phức tạp và hay xảy ra tình trạng ngắn mạch với giá trị dòng điện rất lớn. Hình 1: Sơ đồ phân bố nguồn điện Việt Nam [3] Dòng ngắn mạch (NM), theo như dự báo có thể tăng rất cao và vượt quá giá trị cho phép: miền Đông Nam Bộ, dòng NM tại thanh cái 220 kV trạm Phú Mỹ (70 kA) và Nhà Bè (62 kA) đã vượt quá quy định hiện nay (40 kA) [3]. Những năm tới, khi có nhiều nguồn điện đấu nối về chắc chắn dòng NM khu vực sẽ còn tăng cao, phạm vi tách thanh cái sẽ lan rộng ra nhiều trạm, bảng 1. Các kết quả tính toán phân tích cho thấy, dòng NM vượt quá giá trị cho phép xuất hiện từ năm 2015 trở đi, chủ yếu ở khu vực miền Nam [1]. Đặc biệt: (1) khu vực Nam Bộ và Tp. HCM tập trung nhiều trạm 220 kV với dòng NM rất lớn từ trước năm 2015; (2) khu vực miền Bắc là nút Hoà Bình với dòng NM 1 pha là 44,1902 kA (> 40 kA). Đến năm 2020, khu vực miền Bắc và miền Trung có một TBA 500 kV là Hà Tĩnh (dòng 3 pha là 56,1206 kA) và sáu nút (TBA) 220 kV có dòng NM vượt 40 kA. Tuy nhiên, giải pháp lựa chọn của EVN là tách các thanh cái vận hành độc lập tại các nút [3]. Đây là giải pháp thực dụng, nhưng đổi lại phần nào làm giảm độ tin cậy cung cấp điện của hệ thống và dẫn đến bài toán phải đầu tư thêm nhiều lộ đường dây và TBA mới nhằm khắc phục hậu quả kể trên.
354 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 Bảng 1. Dòng ngắn mạch tính toán tại TBA 500 kV [3] STT Trạm Năm NM 3 pha (kA) NM 1 pha (kA) 1 Điện hạt nhân 1 2020 42,487 50,154 2 Vĩnh Tân 2020 48,613 57,502 3 Sông Mây 2020 40,633 37,291 4 Bình Dương 2020 40,961 30,297 5 Tân Định 2020 41,861 31,336 6 Cầu Bông 2020 48,422 39,874 7 Phú Lâm 2020 45,389 38,302 8 Nhà Bè 2020 41,245 35,045 9 Phú Mỹ 2020 37,661 37,402 10 Đức Hòa 2020 45,315 36,289 11 Mỹ Tho 2020 42,256 32,139 Các phân tích kể trên cho thấy, đây là lĩnh vực cần được quan tâm và cần có lời giải cho sự phát triển của hệ thống điện Việt Nam hiện nay. Ngoài các giải pháp kĩ thuật ngay trong giai đoạn quy hoạch, xây dựng mở rộng hệ thống điện, nhằm tránh dẫn đến giá trị dòng NM quá lớn ở các điểm nút, cũng rất cần các giải pháp kĩ thuật để khắc phục hiện trạng đang xảy ra trên lưới điện Việt Nam. Trong các phần dưới đây, bài báo tập trung vào phân tích tính khả thi với việc áp dụng R-FCL trên lưới điện Việt Nam. 2. CÁC GIẢI PHÁP HẠN CHẾ DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH TRÊN LƯỚI ĐIỆN 2.1. Các giải pháp chung về hạn chế dòng ngắn mạch Hiện nay, nhằm hạn chế dòng NM trong các trường hợp sự cố, trên thế giới cũng như tại Việt Nam đang sử dụng một số giải pháp sau [8]: 1) Xây dựng các trạm biến áp mới và các máy cắt mới cho phép bảo vệ lưới điện với công suất lưới cao hơn; 2) Nâng cấp các thiết bị đóng cắt hiện tại hoặc nâng cấp điện áp lưới; 3) Thay đổi cấu trúc lưới như: tách lưới, tách thanh cái; 4) Áp dụng các biện pháp cắt liên động. Bốn phương án này đều yêu cầu cần phải thay thế nhiều thiết bị hoặc phải xây dựng thêm một số đường dây truyền tải để tăng độ đảm bảo đối với mỗi máy phát. Phương án thứ 5) là sử dụng các cuộn kháng mắc nối tiếp với các đường dây của lưới điện để hạn chế dòng NM. Phương pháp cuối này có thể thực hiện nhằm làm giảm dòng NM trong các trường hợp sự cố, nhưng chúng lại gây ra sự sụt giảm điện áp trong điều kiện làm việc bình thường và sự tổn hao công suất phản kháng trên lưới điện. Bảng 1 giới thiệu một cách tổng quát các phương pháp cổ điển hạn chế dòng NM [7]. Các phương pháp này đều có các nhược điểm cố hữu không thể tránh khỏi, đó là tổn thất trên lưới ngay cả trong điều kiện vận hành bình thường hay thời gian cho thao
PHÂN BAN TRUYỀN TẢI ĐIỆN | 355 tác đóng/mở khi sự cố lâu, kéo dài thời gian mất điện. Để giải quyết vấn đề này, thiết bị hạn chế dòng ngắn mạch (Fault CurrentLimiter – FCL) là một hướng áp dụng mới, hứa hẹn nhiều khả năng cho việc áp dụng trong thực tế [8 - 14]. 2.2. Giải pháp sử dụng thiết bị hạn chế dòng ngắn mạch R-FCL Đối với lưới điện Việt Nam, đặc biệt là trong phạm vi lưới điện truyền tải, việc xảy ra hiện tượng ngắn mạch 3 pha (hay 3 pha chạm đất) có xác suất thấp, là điều hầu như ít khi xảy ra. Thay vào đó, các hiện tượng NM không đối xứng lại là các hiện tượng xảy ra khá phổ biến. Về mặt kĩ thuật, để giảm giá trị dòng NM không đối xứng, giải pháp được sử dụng tìm cách tăng giá trị điện kháng của lưới điện trong mạch bị sự cố, với cách thức đơn giản nhất là sử dụng các cuộn kháng mắc trên lưới hay giải pháp nối vào trung tính MBA một phần tử điện trở (hay điện kháng). Tuy nhiên, giải pháp sử dụng cuộn kháng trên lưới, như trình bày ở mục 2.1, gây tổn thất trong trường hợp bình thường và khó khăn trong điều khiển lưới điện. Giải pháp nối điện kháng (hay điện trở) vào trung tính MBA đã và đang được thế giới sử dụng rất hiệu quả. Điều này sẽ giúp tăng giá trị điện kháng thứ tự không trong trường hợp sự cố ngắn mạch và giúp giảm giá trị dòng NM. Tuy nhiên, giải pháp sử dụng cuộn kháng nối vào trung tính ít được sử dụng do (1): gây lên sự tăng điện áp điểm trung tính và dẫn đến tăng điện áp các pha; (2) giá trị dòng NM chạy qua trung tính lớn, gây phát nóng và các cuộn kháng thường khó có thể chịu đựng được. Giải pháp kĩ thuật nhằm sử dụng phần tử R-FCL cần tính toán lựa chọn 02 thông số: (1) tính chính xác giá trị điện trở cần lắp đặt trên lưới điện và (2) đảm bảo thiết bị được lựa chọn có thể chịu đựng được giá trị dòng NM lớn chạy qua. a. Tính giá trị điện trở cần thiết Việc lựa chọn các thông số nối đất trung tính cho TBA được dựa trên các điều kiện sau:  Giá trị dòng điện qua điện trở trung tính phải cung cấp giá trị ổn định trong thời điểm sự cố, với điều kiện ít nhất gấp 4 lần lớn hơn dòng điện dung của lưới điện, nhằm đảm bảo các thiết bị bảo vệ có thể phát hiện ra sự cố [14].  Khi lắp thêm điện trở vào trung tính cho máy biến áp (tại TBA) thì cần đảm bảo trong các trường hợp sự cố không đối xứng, giá trị điện áp của các pha còn lại (pha lành) không được vượt quá trị số 1,3.Uđm, theo tiêu chuẩn ban hành của Việt Nam [14].  Tính toán được xung lượng nhiệt BN của thiết bị FCL trong quá trình ngắn mạch, làm căn cứ cho việc tính toán phần nhiệt cho thiết bị FCL. b. Lựa chọn vật liệu làm điện trở Đây là lĩnh vực thuộc về công nghệ ngành vật liệu điện. Về cơ bản, giải pháp sử dụng các dây dẫn thông thường để tạo ra thiết bị có điện trở lớn và chịu dòng điện lớn
356 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 chạy qua thường khó thực hiện, bởi chi phí và kích thước cuộn dây. Do đó, hiện trên thế giới, có rất nhiều nhà sản xuất tham gia vào nghiên cứu nhóm vật liệu dẫn điện có khả năng chịu nhiệt cao. Tuy nhiên, đối với loại vật liệu dẫn điện kém (có điện trở suất lớn), nhưng lại chịu được nhiệt độ cao thì không nhiều. Hiện trên thế giới, hãng sản xuất Bolid của Nga, là hãng sản xuất lớn, đã tham gia chế tạo nhiều dòng sản phẩm nối đất trung tính cho MBA. Đối với Việt Nam, theo Hiệp định thương mại Việt – Nga kí năm 2013, hãng sản xuất thiết bị điện Bolid của Nga đã có nhiều cuộc làm việc với EVN và giới thiệu dòng sản phẩm mới của mình: điện trở nối trung tính MBA. Đây có thể xem là dòng sản phẩm mới và có hướng áp dụng rất tốt tại Việt Nam, phù hợp với nhu cầu giảm dòng NM trên lưới điện hiện nay. 3. ỨNG DỤNG PHẦN TỬ R-FCL TRÊN LƯỚI ĐIỆN TRẠM BIẾN ÁP 110 KV BÌNH AN Nhằm dẫn chứng cho việc sử dụng các phần tử R- FCL trong lưới điện, ta xem xét giải pháp sử dụng phần tử R-FCL nối vào trung tính phía 22 kV cho TBA 110 kV Bình An (lắp trên trung tính MBA T2). 3.1. Lưới điện TBA 110 kV Bình An TBA 110 kV Bình An thuộc Quận 2 Thành phố Hồ Chí Minh được cụ thể trên hình 2. Trạm lấy điện từ 02 lộ xuất tuyến và có 12 xuất tuyến đầu ra ở phía 22 kV. Cấp điện áp 6,6 kV chỉ dùng để phục vụ đo lường trên lưới. Trạm biến áp 110 kV Bình An, hình 2, bao gồm 2 MBA nối Y/Y0 có các thông số kĩ thuật như bảng 2. 3.2. Tính toán xác định giá trị điện trở của R-FCL bằng phần mềm Việc xác định giá trị điện trở cần thiết được thực hiện thông qua việc mô phỏng lưới điện TBA 110 kV Bình An, sử dụng Matlab Simulink, áp dụng cho MBA T2 (MBA dự kiến lắp đặt điện trở trung tính). Bảng 2. Thông số kĩ thuật TBA 110 kV Bình An - Công suất định mức 2 x 63 MVA MBA T1 - Cấp điện áp 115/24/6,6 kV MBA T2 - Điện kháng trong đơn vị tương đối R/L = 0,00079/0,048 - Đầu phân áp phía cao áp: 115 ± 9 x 1,78% Phụ tải - Các phụ tải 3 pha (có công suất tổng chiếm 33,6% công suất trạm) điện - Các phụ tải 1 pha (gồm các tải có công suất từ 0,2 MVA đến 1,3 MVA) Thanh cái Dòng điện điện dung IC, Dòng điện qua dây trung tính (A) (IRmin ≥ 4*IC), A C42 20,57 82,28
PHÂN BAN TRUYỀN TẢI ĐIỆN | 357 Hình 2: Sơ đồ 1 sợi TBA 110 kV Bình An Ở đây, nguồn điện phần phía trước TBA không được xét đến và được coi là công suất vô cùng lớn. Việc mô phỏng các trường hợp sử dụng R-FCL trên lưới điện được thực hiện qua 2 bước: 1) mô phỏng sự hoạt động của lưới điện trong trường hợp bình thường để tính toán xác định giá trị điện trở R-FCL cần lắp đặt, (2) mô phỏng lưới với thiết bị R- FCL và đánh giá với kết quả thực tế vận hành. Hình 3 là mô hình mô phỏng trong Matlab Simulink cho sự hoạt động của lưới điện của MBA T2. Kết quả mô phỏng hiện trạng trước khi lắp đặt R-FCL trong các trường hợp vận hành cho kết quả: (1) vận hành bình thường, dòng điện của pha A, B, C có giá trị lần lượt: IA = 697,5 A, IB = 691,5 A; IC = 674,9 A; (2) trong trường hợp sự cố ngắn mạch 1 pha INM = 15,47 kA. Các giá trị này phù hợp với giá trị đo đạc vận hành thực tế trên lưới: Itb = 615 A trong chế độ bình thường và IN = 16 kA cho sự cố 1 pha, điều này cho thấy sự chính xác trong việc mô phỏng sơ đồ lưới điện áp dụng. Ngoài ra, ta xác định được dòng điện chạy qua trung tính biến thiên trong khoảng (6 ÷ 21) A.
358 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 Hình 3: Mô hình mô phỏng lưới điện TBA 110 kV Bình An (lưới từ MBA T2) Các kết quả tính toán mô phỏng cho trường hợp sự cố 1 pha chạm đất, hình 4, cho thấy: để đảm bảo điện áp các pha không sự cố không vượt quá giá trị 1,3Uđm, tương ứng 25,4 kV, thì giá trị điện trở gắn vào trung tính không được vượt quá khoảng 10 Ω. Một cách đơn giản, giá trị dòng điện ngắn mạch có thể được tính bởi công thức (1), với các Z∑1, Z∑2, Z∑0: các điện kháng thành phần thứ tự thuận, nghịch, không của mạch điện thay thế, E: sức điện động tổng của mạch điện thay thế [16]. E I N (1 )  (1)  Z 1  Z  2  Z  0  3.Z R  FCL  Bằng phương trình này, chúng ta có thể thấy, việc đưa thêm thành phần điện trở vào trung tính máy biến áp (thay đổi tổng kháng thứ tự không của mạch điện) sẽ làm giảm giá trị dòng ngắn mạch một pha. Áp dụng tính toán mô phỏng tương tự cho trường hợp phụ tải không đối xứng (unbalanced load), với phụ tải 1 pha nhỏ nhất và lớn nhất lần lượt là 0,2 MVA và 0,7 MVA và điện trở trung tính thay đổi, ta được kết quả như trên hình 5. Dòng điện chạy qua dây trung tính (có nối với điện trở) có giá trị biến thiên từ (0,7 ÷ 14,9) A. Ngoài ra, công suất tiêu hao trên điện trở nối đất trong chế độ vận hành bình thường, với phụ tải không đối xứng, hình 5 cho thấy: khi giá trị RN (điện trở trung tính) càng tăng thì công suất tiêu hao càng giảm. Điều này có thể lý giải do sự tăng lên của điện trở RN không thể làm thay đổi nhiều giá trị điện áp của điểm trung tính (UN), do đó, dòng điện chạy qua RN giảm nhiều khi RN tăng cao, khiến công suất tiêu hao giảm.
PHÂN BAN TRUYỀN TẢI ĐIỆN | 359 Như vậy, từ kết quả mô phỏng, kết hợp với yêu cầu của lưới điện (trong mục 2.2) giá trị điện trở nối đất được lựa chọn là 10 Ω. Với giá trị điện trở này, dòng NM (NM 1 pha) sẽ giảm từ 16 kA xuống còn 3 kA, bảng 3, giảm hơn 5 lần so với khi không sử dụng điện trở. Giá trị này là đủ lớn cho yêu cầu xác định hiện tượng sự cố trên lưới (lớn hơn nhiều so với dòng điện điện dung). R_Power Max Unbalance R_Power Min Unbalance 14 30 15 1.2 Single Phase SC Current (kA) I_N_Max Unbalance 12 25 I_N_Min Unbalance 1 Single Phase voltage (kV) R_Power Max Unbalance 10 I_SC (kA) 20 10 0.8 I_N_Max Unbalance 8 15 0.6 UB (kV) 6 UC (kV) 5 0.4 10 4 0.2 20 10 20 30 40 50 60 70 805 Resistance in Neutral (Ohm) 0 0 0 10 20 30 40 50 60 70 Resistance in Neutral (Ohm) Hình 4: Mô phỏng NM một pha (Pha A) – biến Hình 5: Dòng điện và công suất thiên điện trở nối đất trung tính trên điện trở nối trung tính Ngoài ra, với giá trị dòng NM như tính toán mô phỏng, áp dụng theo tiêu chuẩn Việt Nam [14], xung lượng nhiệt của dòng NM được tính trong thời gian 1s được tính có giá trị khoảng: 9.106 A²s. Như vậy, thiết bị với điện trở 10 Ω được chọn phải thỏa mãn điều kiện về nhiệt này. Bảng 3. Kết quả tính toán dòng NM (ISC); điện áp trung tính (UN); điện áp các pha không sự cố với giá trị điện trở trung tính thay đổi RN, Ω 0,36 5 10 15 20 25 30 70 ISC, kA 13,64 3,885 2,985 2,69 2,407 2,28 2,197 2,183 UN, kV 4,91 11,78 13,78 14,41 14,7 14,87 14,96 17,29 UB, kV 9,23 17,63 20,92 22,36 23,07 23,50 23,79 28,93 UC, kV 14,18 22,26 23,35 23,96 24,01 24,58 24,79 27,28 3.3. Thiết bị R-FCL hãng Bolid lắp đặt tại TBA 110 kV Bình An Thiết bị R-FCL lắp cho lưới điện TBA 110 kV Bình An được hãng Bolid chế tạo và lắp đặt. Thiết bị được cấu tạo gồm nhiều tấm điện trở có vỏ bọc thép không rỉ, được
360 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 kết nối với nhau, nối tiếp và song song. Các tham số cơ bản của tấm điện trở và thiết bị được lắp đặt trên lưới được thể hiện trên hình 6.  Resistance (Điện trở tổng): 10 Ω  Rated Voltage (Điện áp danh định): 22 kV  Maximum operating voltage (Điện áp tối đa): 24 (26,5) kV  Rated operating time (Thời gian hoạt động sự cố): 10s  Rated resistor current (dòng điện định mức): 100 A  Permissible resistor current(long time) (dòng điện cho phép chạy lâu dài qua mỗi điện trở: 13,3 A  Permissible resistor current (dòng cho phép chạy qua trong 1 giờ: 16,3 A (1 hour time) a) b) Hình 6: Thiết bị R-FCL lắp đặt thực tế tại TBA 110 kV Bình An a) Thông số thiết bị; b) Thực tế lắp đặt tại TBA 3.4. Mô phỏng thiết bị R-FCL tại trạm biến áp 110 kV Bình An Mô phỏng thiết bị R-FCL cần đảm bảo 02 yếu tố cơ bản: điện và nhiệt của thiết bị. Cụ thể:  Phản ánh đúng giá trị điện trở và các đặc tính điện của thiết bị lắp đặt, tuân thủ các đặc điểm về cấu tạo, về vật liệu cấu tạo lên thiết bị.  Mô tả chính xác quá trình truyền nhiệt của thiết bị, nhằm đánh giá sự tăng nhiệt của thiết bị trong vận hành. a. Mô phỏng phần điện của thiết bị Thiết bị gồm 84 phần tử điện trở, 06 dãy song song, mỗi dãy gồm 07 phần tử, giá trị điện trở của mỗi phần tử được xác định có giá trị 17,14 Ω. Điện trở suất ρ của vật liệu, 25 °C (293 °K), được xác định 5,38.10-2 Ωm. Ngoài ra, ρ phụ thuộc vào nhiệt độ theo công thức: ρ (T) = ρ (T0) [ 1 + γ (T – T0)] (1) Với thông số đo đạc thực tế, giá trị nhiệt điện trở được lựa chọn: γ = 0,0005. b. Mô phỏng phần nhiệt của thiết bị Về cơ bản, có thể coi các phần tử điện trở là các phần tử đồng nhất, tuân theo phương trình nhiệt như sau:
PHÂN BAN TRUYỀN TẢI ĐIỆN | 361 R.i(t)2.dt = CP(T).V.dT + Pechange.Sechange.dt (2) Trong đó: R: điện trở của mỗi phần tử (Ω); i(t): giá trị dòng điện chạy qua mỗi phần tử điện trở theo thời gian (A); CP: giá trị nhiệt trở suất của vật liệu cấu tạo điện trở (J/m3/K); V: thể tích của vật liệu cấu tạo lên điện trở (phần dẫn điện); Pechange và Sechange: công suất nhiệt tản ra môi trường (W/m²/K) và diện tích tiếp xúc với môi trường (m²). 6 3.5 10 Cp (J/m3/K) 6 3.45 10 6 3.4 10 6 3.35 10 Cp (J/m3/K) 6 3.3 10 6 3.25 10 y = 2.7055e+6 + 2644.8x R= 0.97323 6 3.2 10 6 3.15 10180 200 220 240 260 280 300 320 T (°K) Hình 7: Đặc tính điện trở nhiệt (Cp) của vật liệu cấu tạo điện trở Hình 8: Mô hình mô phỏng thiết bị R-FCL
362 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 Tham khảo thực tế giá trị về nhiệt trở suất của các vật liệu, đều cho thấy giá trị của chúng nằm trong phạm vi gần 2.106 (J/m3/K) ở 25 °C và vật liệu được dùng để chế tạo điện trở có đặc tính gần với đặc tính của các vật liệu kim loại có đặc tính dẫn nhiệt tốt, ta sử dụng đặc tính nhiệt trở suất của kim loại điển hình của hợp kim Low Carbon steel (Thép ánh chì), với được đặc tính được biểu diễn trên hình 7. Sơ đồ mô phỏng thiết bị R-FCL trong Matlab Simulink được thể hiện trên hình 8. 3.5. So sánh kết quả mô phỏng với vận hành thực tế Báo cáo vận hành ngày 25/01/2015, được thể hiện trên bảng 4. Báo cáo ứng với trường hợp khi sự cố xảy ra trên lộ xuất tuyến, 478, tại khu vực Vườn Ươm, với sự cố NM 1 pha, vị trí ngắn mạch cách TBA khoảng 500 m. Theo đánh giá tại thời điểm đang xét, các phụ tải đối xứng và không đối xứng của TBA đang vận hành bình thường. Bảng 4: Báo cáo sự cố ngày 25/01/2015 STT Ngắn mạch Đường Dòng diện Thời Nhiệt độ dây ngắn mạch gian của điện qua trung ngắn trở ngắn tinh mạch mạch Vườn Ươm 478 feeder, RL 1 51AN, IA = 1006 A, IN = 947.9 A, 478 947,9 - 36 F 79 reclose is succesful Khi sự cố xảy ra, các rơle bảo vệ quá dòng chạm đất có thời gian (51N) và bảo vệ tự đóng lại (F79) diễn ra thành công. Tuy nhiên, khoảng thời gian duy trì sự cố không được ghi nhận. Hình 9, thể hiện kết quả mô phỏng trong trường hợp sự cố 1 pha, với đầy đủ cả phụ tải 1 pha và 3 pha trên lưới. a) b) Hình 9: Mô phỏng trường hợp ngắn mạch 1 pha. a) Dòng điện trên các pha (dòng sự cố lớn hơn dòng các pha khác); b) Dòng điện trong dây trung tính khi có sự cố trên pha A Kết quả mô phỏng giá trị dòng sự cố chạy qua trung tính 1300 A, cho thấy có sự sai lệch nhỏ so với dòng ngắn mạch được ghi nhận trên lưới (947,9 A). Điều này có thể
PHÂN BAN TRUYỀN TẢI ĐIỆN | 363 giải thích bởi yếu tố điện kháng của đường dây trong thực tế. Kết quả mô phỏng về nhiệt độ, hình 10, cho thấy, trong thời gian sự cố mô phỏng là 1s, nhiệt độ của thiết bị R-FCL tăng lên 8 °C so với ban đầu, nhiệt độ này là hợp lý với nhiệt độ ghi nhận tại thời điểm sự cố (với nhiệt độ ghi nhận 36 °C trên bảng 4). 298°K 293°K Hình 10: Kết quả mô phỏng nhiệt độ trên thiết bị R-FCL khi sự cố Như vậy, kết quả mô phỏng được đánh giá hoàn toàn phù hợp với thực tế và việc sử dụng thiết bị R-FCL đem lại hiệu quả cho bài toán hạn chế dòng ngắn mạch trên lưới điện. 4. KẾT LUẬN Bài báo đề cập đến giải pháp sử dụng phần tử điện trở nối vào trung tính MBA, một giải pháp khả thi cho việc hạn chế dòng NM trên lưới điện Việt Nam. Bằng việc đưa thêm một phần tử điện trở vào trung tính của MBA, điều này làm tăng giá trị điện kháng của lưới điện khi NM và qua đó làm giảm giá trị dòng NM. Tuy nhiên, việc xác định giá trị điện trở cần lắp đặt cho trung tính mỗi TBA là khác nhau, tùy thuộc vào lưới điện của TBA này. Thông qua việc mô phỏng thành công lưới điện và thiết bị R-FCL, trong Matlab Simulink, đã cho phép xác định được giá trị điện trở cần thiết ghép vào lưới điện và các hiệu quả đem lại. Các kết quả mô phỏng và vận hành thực tế cho thấy quá trình biến đổi và hiệu quả làm việc của các thiết bị R- FCL. Đối với lưới điện Việt Nam, việc quy định, cho phép sử dụng điện trở nối vào trung tính các MBA cao thế vẫn là câu hỏi bỏ ngỏ. Tuy nhiên, các đánh giá và giải pháp sử dụng R-FCL cho thấy hiệu quả khả quan và hướng phát triển hứa hẹn cho việc nghiên cứu ứng dụng R-FCL tại Việt Nam. Thêm vào đó, việc sử dụng các phần tử R- FCL này còn cần phải được nghiên cứu kĩ càng, trong đó, vấn đề chỉnh định lại và các cách thức bảo vệ của lưới cần được quan tâm đồng thời.