Giải pháp giảm dòng ngắn mạch trên lưới điện trung áp

PC Đắk Lắk ứng dụng công nghệ sửa chữa lưới điện Hotline
SPC ứng dụng công nghệ quản lý quan hệ khách hàng

Theo tính toán của Trung tâm điều độ hệ thống điện miền Nam (A2) vào tháng 4/2012, một số TBA 110/22kV có dòng ngắn mạch rất cao, cụ thể TBA 110/22kV Nhơn Trạch: Inm-1p ~ 28kA, Inm-3p ~ 24kA, Possco: Inm-1p ~ 18,5kA, Inm-3p ~ 18kA.

Thời điểm, tháng 01/2017, theo tính toán của người viết, Possco: Inm-1p ~ 19kA, Inm-3p ~ 18kA.

Dòng ngắn mạch trên lưới điện cao dẫn đến chi phí đầu tư thiết bị ngày càng lớn. Ngoài ra, các thiết bị hiện hữu không đáp ứng yêu cầu khả năng chịu dòng ngắn mạch cũng phải được thay thế. Do đó, việc đầu tư nghiên cứu các giải pháp nhằm hạn chế dòng ngắn mạch trên lưới điện là hết sức cần thiết.

Sau đây là các giải pháp nhằm hạn chế dòng ngắn mạch tại thanh cái 22kV của các trạm biến áp 110/22kV khu vực miền Nam Việt Nam.

Giải pháp giảm dòng ngắn mạch

Về nguyên tắt để hạn chế dòng ngắn mạch, giải pháp duy nhất là thay đổi tổng trở hệ thống khi ngắn mạch.

1. Giải pháp hạn chế dòng ngắn mạch đối với lưới điện truyền tải:

Đối với hệ thống điện truyền tải, các giải pháp hạn chế dòng ngắn mạch có thể kể đến như sau:

- Thay đổi sơ đồ phương thức lưới điện (sơ đồ kết dây lưới điện) để làm thay đổi tổng trở (như tách các mạch vòng tách thanh cái các TBA 500kV, 220kV).

- Lắp đặt kháng điện cho các nguồn điện, các TBA 500kV, 220kV.

- Đối với lưới điện có trung tính nối đất, sử dụng giải pháp nối đất qua tổng trở.

Đối với giải pháp thay đổi sơ đồ phương thức vận hành lưới điện, trong những năm qua các Trung tâm điều độ hệ thống điện (A0, Ax) đã thực hiện. Tuy nhiên, do lưới điện phát triển quá nhanh nên giải pháp này chưa phát huy hiệu quả.

2. Giải pháp hạn chế dòng ngắn mạch lưới điện phân phối:

1. Giải pháp nối đất qua tổng trở:

Đối với lưới điện trung áp, trong thời gian qua trên lưới điện do EVN SPC quản lý một số TBA 110kV khách hàng đã áp dụng giải pháp nối đất qua tổng trở, có thể kể đến các TBA 110kV như: FUCO, POS-VINA và gần đây là TBA 110kV Nhà máy điện gió Phú Lạc.

Từ năm 2014,  Tổng công ty Điện lực miền Nam (EVN SPC) đã tiến hành lắp thử nghiệm điện trở nối đất 127Ω qua trung tính máy biến áp (MBA) T1, TBA 110/22kV Bình An. Về nguyên lý, việc nối đất trung tính qua tổng trở làm thay đổi tổng trở thứ không của hệ thống điện khi nhắn mạch. Nên giải pháp này bộc lộ một số khuyết điểm như sau:

- Chỉ hiệu quả đối với ngắn mạch 1 pha chạm đất.

- Chỉ phù hợp với phụ tải 3 pha đối xứng. Đối với phụ tải phi đối xứng sẽ có dòng điện liên tục chạy qua tổng trở nối đất gây tổn thất điện năng thiết bị này. Vì vậy giải pháp này chỉ phù hợp với lưới điện có dòng Io tương đối thấp.

2. Giải pháp sử dụng thiết bị hạn chế dòng ngắn mạch:

Một giải pháp hạn chế dòng ngắn mạch khác được các nhà sản xuất thiết bị lớn như ABB, Schneider, G&W đề xuất được các các nhà sản xuất lần lượt gọi là Is Limiter, CLiP hay FCL (sau đây thống nhất gọi là FCL) với nguyên lý hoạt động như sau:

Ở dòng điện làm việc bình thường, thiết bị ở trạng thái đóng. Khi xảy ra ngắn mạch (dòng điện lớn), thiết bị dạng cầu chì (FUSE) sẽ cắt trong vòng ½ chu kỳ. Tùy theo mục đích sử dụng, có thể phối hợp thiết bị này với một tổng trở cao để làm thay đổi tổng trở hệ thống (Tổng trở thứ tự thuận và thứ tự nghịch) khi ngắn mạch.

Với thời gian tác động rất nhanh (như hình đính kèm), thay vì phải đầu tư thiết bị có khả năng chịu dòng ngắn mạch lớn, chỉ phải đầu tư thiết bị có khả năng chịu dòng ngắn mạch nhỏ hơn nhiều

Giải pháp này, khắc phục được tất cả các khuyết điểm của giải pháp nối đất qua tổng trở. Tuy nhiên, cũng tồn tại những hạn chế của nó, cụ thể như sau:

Do dây chì của thiết bị chỉ được sử dụng 1 lần, nên sau mỗi lần sự cố bộ phận chứa dây chì phải được thay mới hoặc chuyển lại cho nhà sản xuất để bảo trì thay thế các bộ phận có liên quan, việc này tốn kém chí phí và thời gian cắt điện để thay thế thiết bị. Đối với lưới điện có suất sự cố còn cao, thì đây là khuyết điểm lớn.

3. Giải pháp sử dụng thiết bị hạn chế dòng ngắn mạch dùng bán dẫn:

Thiết bị hạn chế dòng ngắn mạch sử dụng bán dẫn viết tắt là SFCL (Superconductor Fault Current Limiter). Thiết bị này được Nexans phối hợp với Siemens nghiên cứu thử nghiệm vào năm 2009 và Applied Materials lắp đặt thiết bị đầu tiên vào năm 2013. Hiện tại, SFCL chỉ mới được nghiên cứu áp dụng cho thiết bị đến 36kV.

SFCL có cơ chế hoạt động tương tự với FCL. Tuy nhiên, thay vì cắt bằng chì (Fuse), SFCL cắt bằng vật liệu siêu dẫn có 2 chế độ vận hành (Bi-modal Superconductor). Ở dòng làm việc bình thường SFCL là vật liệu dẫn điện. khi xảy ra ngắn mạch SFCL và vật liệu cách điện.

Ưu điểm của SFCL so với FCL là khả năng tự hồi phục trạng thái sau ngắn mạch. Do đó, không cần cắt điện để thay thế sau mỗi lần ngắn mạch. Tuy nhiên, thiết bị này chưa thương mại hóa rộng rãi nên giá thành tương đối cao.

Một số hình ảnh thực tế về lắp đặt thiết bị SFCL:

Với tốc độ phát triển lưới và nguồn điện như hiện nay, việc dòng ngắn mạch tại các điểm nút trong hệ thống điện tăng cao là điều không thể tránh khỏi. Do đó, việc nghiên cứu áp dụng các giải pháp hạn chế dòng ngắn mạch cho các điểm nút có dòng ngắn mạch cao là hết sức cần thiết. Với các giải pháp trình bày ở trên, giúp người đọc phần nào hình dung được các giải pháp công nghệ hạn chế dòng ngắn mạch đang được áp dụng. Trong khi giải pháp 2.2.a là một giải pháp truyền thống, các giải pháp 2.2.b, 2.2.c là giải pháp tương đối mới và độ tin cậy cao cần được nghiên cứu áp dụng.

ĐINH HOÀI PHƯƠNG, Ban Kỹ thuật- Tổng công ty Điện lực miền Nam