Nghiên cứu ứng dụng thiết bị tự động hạn chế dòng ngắn mạch

Bài viết giới thiệu nguyên lý tác động của thiết bị tự động hạn chế nhanh dòng ngắn mạch kiểu máy biến áp (HCD). Trên cơ sở đánh giá các tính năng kỹ thuật và các đặc tính quan hệ giữa các thông số của HCD với các thông số lưới điện, mức hạn chế dòng và vị trí lắp đặt HCD đã được đề xuất.

Lê Thành Bắc Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ 181(05): 159 - 163 NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG HẠN CHẾ DÒNG NGẮN MẠCH Lê Thành Bắc* Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng TÓM TẮT Bài báo giới thiệu nguyên lý tác động thiết bị tự động hạn chế nhanh dòng ngắn mạch kiểu máy biến áp (HCD) Trên sở đánh giá tính kỹ thuật đặc tính quan hệ thông số HCD với thơng số lưới điện, mức hạn chế dòng vị trí lắp đặt HCD đề xuất Với thơng số kỹ thuật HCD vị trí lắp đặt phù hợp, xảy cố nhanh chóng tác động giảm trị số dòng ngắn mạch q độ lưới điện theo yêu cầu đặt Các kết mô nhận cho thấy tính tốn lắp đặt HCD hợp lý cho phép đảm bảo mức hạn chế yêu cầu dòng ngắn mạch độ lưới điện Việc triển khai ứng dụng thiết bị tự động HCD cho phép giữ nguyên cấu trúc lưới tại, góp phần giảm đáng kể chi phí đầu tư nâng cấp thiết bị đóng cắt tăng thêm độ tin cậy cấp điện cho hệ thống điện Từ khóa: Lưới điện; Thiết bị tự động hạn chế dòng (HCD); Mơ q trình q độ; Hệ thống điện; Ngắn mạch ĐẶT VẤN ĐỀ* Trong hệ thống lượng điện xuất yêu cầu cần nâng công suất máy phát tăng số lượng nguồn phát để đáp ứng độ tăng phụ tải thực cấu trúc mạng với nhiều kết nối lưới vòng để tăng độ tin cậy cấp điện Tuy nhiên việc kết nối lưới vòng, tăng nhanh cơng suất nguồn phát cơng suất phụ tải tải thực tế cấp điện áp hệ thống thường giữ nguyên nguyên nhân làm trị số dòng điện độ ngắn mạch tăng cao, xấu thêm điều kiện làm việc thiết bị điện chế độ cố [1], [5] Việc tăng trị số dòng ngắn mạch nhiều điểm vượt dòng cắt cho phép máy cắt hệ thống điện Việt Nam thực nguy tạo rủi ro lớn xảy cố điện diện rộng gây thiệt hại lớn kinh tế an ninh Để hạn chế trị số dòng xung kích ngắn mạch đưa vào máy cắt giới hạn cắt cho phép nhằm nâng cao độ tin cậy hệ thống điện yêu cầu đặt ngành điện phải tìm giải pháp kỹ thuật hợp lý khắc phụ tình trạng dòng ngắn mạch xảy lưới [1], [4] * Email: lethanhbac@ac.udn.vn CÁC GIẢI PHÁP HẠN CHẾ DÒNG QUÁ ĐỘ KHI NGẮN MẠCH Để hạn chế dòng điện ngắn mạch trường hợp cố, giới sử dụng số phương pháp khác nhau: (1) Mắc cuộn kháng không lõi sắt nối tiếp lưới, số vị trí đặc thù để hạn chế dòng điện ngắn mạch (phương pháp tồn nhược điểm kháng gây sụt giảm điện áp tăng tổn hao công suất phản kháng lưới điện điều kiện làm việc bình thường); (2) Nâng cấp thiết bị đóng cắt nâng cấp điện áp lưới; (3) Thay đổi cấu trúc lưới như: tách lưới, tách hay áp dụng biện pháp cắt liên động (cả hai phương án đưa đến việc thay nhiều thiết bị phải xây dựng thêm số đường dây truyền tải để tăng độ đảm bảo máy phát, tăng lớn chi phí đầu tư); (4) Sử dụng thiết bị tự động hạn chế dòng điện ngắn mạch với vật liệu siêu dẫn, loại thiết bị có cấu trúc vật liệu siêu dẫn đạt tới giá trị xác định dòng ngắn mạch dẫn đến trạng thái tăng nhanh tổng trở thiết bị so với trạng thái dòng định mức (phương án cần có thiết bị làm lạnh kèm theo, tăng tổn hao chi phí đắt); (5) Sử dụng thiết bị hạn chế dòng điện ngắn mạch có dạng van bán dẫn kết hợp với điện kháng; (6) Chế tạo sử dụng 159 Lê Thành Bắc Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ thiết bị chuyển mạch công suất kiểu tác động cực nhanh (hai phương án thứ có chung số nhược điểm yêu cầu cần phải thay nhiều thiết bị, sơ đồ điều khiển phức tạp, giá thành cao, độ tin cậy thấp, tốn [1], [4], [5] Tại Việt Nam nay, nhằm khắc phục dòng điện độ số điểm cố vượt cho phép, giải pháp thường lựa chọn EVN tách vận hành độc lập nút Đây giải pháp thực dụng, đổi lại phần làm giảm độ tin cậy cung cấp điện hệ thống dẫn đến toán phải đầu tư thêm nhiều lộ đường dây TBA tăng chi phí đầu tư đáng kể Bài báo nghiên cứu biện pháp kỹ thuật với chi phí hợp lý tính tốn lắp đặt thiết bị tự động hạn chế dòng ngắn mạch kiểu máy biến áp (HCD) [1,4,5] để hạn chế dòng q độ mà khơng cần thay thiết bị đóng cắt giữ nguyên cấu trúc lưới có HẠN CHẾ TRỊ SỐ DỊNG ĐIỆN NGẮN MẠCH LƯỚI ĐIỆN Ngắn mạch hệ thống điện chưa có thiết bị hạn chế dòng Ung BAng MC С BA HCD U pd Hình Sơ đồ pha có nối thêm HCD ngắn mạch đầu cực máy cắt MC Khảo sát mạch điện xảy cố ngắn mạch Hình (đã có nối thêm HCD) 181(05): 159 - 163 Ngắn mạch xảy N hình 1, chưa nối thêm HCD [2], [3] thì: Dòng điện ngắn mạch xung kích pha bằng: R  HT t U in xk  m sin(t     N )  C.e LHT  z  iCK (t) +itd (t) (1) Trong thành phần dòng ngắn mạch chu kỳ: Um sin(t   -  N )  z sin(t   -  N ) iCK (t )   I n.m Biên độ dòng ngắn mạch chu kỳ là: I n.m  Um Um  z ( RHT  X HТ ) itd (t)  C.e  RHT t LHT (2) X HТ  itd 0e  t Ta  =I n.me t Ta (3) Với: Um trị số biên độ điện áp pha hệ thống; RHT XHT điện trở điện kháng hệ thống quy điểm ngắn mạch (RHT