Hướng Dẫn Cài Đặt & Nghiên Cứu Giới Hạn Dòng Điện Fault

1 Vị trí cài đặt Giới hạn dòng điện lỗi (FCLs)

• Tại đầu máy phát điện：Cài đặt FCL tại vị trí này giảm mức độ dòng điện ngắn mạch trong lưới khi có sự cố, giảm thiểu áp lực cơ học và nhiệt trên máy phát, và do đó giảm tổn thất trên thiết bị và dụng cụ.

• Tại Trạm phân phối nhà máy：Mức độ dòng điện ngắn mạch tại vị trí này thường rất cao. Cài đặt FCL có thể làm giảm đáng kể dòng điện lỗi.

• Xuyên suốt thanh bus：Khi nhu cầu tải tăng đòi hỏi các biến thế lớn hơn, các cầu chì và công tắc cách ly hiện tại có thể không cần thay thế. Tại mức công suất cao hơn, có thể sử dụng biến thế dung lượng lớn, trở kháng thấp để duy trì điều chỉnh điện áp, đồng thời hạn chế áp lực dòng điện lỗi lên biến thế. Sau khi hạn chế dòng điện lỗi ở phía điện áp cao của biến thế, một đường ngắn mạch trên thanh bus điện áp trung bình sẽ chỉ gây ra sự sụt điện áp nhỏ trên thanh bus điện áp cao.

• Tại Đường dây kết nối mạng：Cài đặt FCLs tại điểm kết nối mạng mang lại lợi ích đáng kể về kiểm soát dòng điện, ổn định điện áp, an toàn cung cấp, ổn định hệ thống, và giảm thiểu tác động của sự cố.

• Tại Điểm kết nối thanh bus：Sau khi kết nối các thanh bus riêng biệt bằng FCL, tác động của dòng điện ngắn mạch không tăng đáng kể. Khi xảy ra sự cố trên một thanh bus, sự sụt điện áp qua SFCL giúp duy trì mức điện áp trên thanh bus có sự cố, cho phép nó tiếp tục hoạt động. Kết nối nhiều thanh bus cho phép hoạt động song song của các biến thế, giảm trở kháng hệ thống, tăng cường khả năng điều chỉnh điện áp, và loại bỏ nhu cầu sử dụng biến thế điều chỉnh tap. Dư thừa công suất từ một thanh bus có thể cung cấp cho tải trên thanh bus khác, cải thiện hiệu quả sử dụng công suất định mức của biến thế.

• Tại Vị trí cuộn cảm giới hạn dòng điện：Trong điều kiện bình thường, FCL tắt cuộn cảm giới hạn dòng điện, tránh sự sụt điện áp và tổn thất công suất không cần thiết.

• Tại Đường dẫn biến thế：Cài đặt FCL tại đường dẫn biến thế bảo vệ thiết bị phía hạ nguồn và giảm dòng điện xung khi thực hiện các thao tác chuyển mạch.

• Tại Đường dẫn thanh bus：Nếu FCL không được cài đặt tại đường dẫn biến thế, nó nên được cài đặt tại đường dẫn thanh bus. Mặc dù điều này có thể yêu cầu nhiều đơn vị FCL hơn, nhưng nó giảm tổn thất trên thanh bus trong cả điều kiện bình thường và khi có sự cố.

• Tại Điểm kết nối máy phát địa phương：FCLs rất có lợi cho việc kết nối các nguồn phát điện phân tán bổ sung (ví dụ: nhà máy nhiệt điện, trang trại gió) vì chúng giảm đóng góp của những nguồn này vào tổng dòng điện ngắn mạch.

• Đóng các vòng mở：Trong mạng điện áp trung bình, các vòng đôi khi được giữ mở do dòng điện ngắn mạch cao. FCLs có thể được sử dụng để đóng các vòng này, cải thiện độ tin cậy cung cấp, cân bằng điện áp, và giảm tổn thất mạng.

2 Hướng nghiên cứu cho Giới hạn dòng điện lỗi

Hiện nay, ứng dụng FCL chỉ giới hạn trong các dự án riêng lẻ. Đối với triển khai quy mô lớn, các lĩnh vực nghiên cứu sau đây cần được ưu tiên:

• Khảo sát vai trò của FCLs trong việc tăng cường khả năng truyền tải điện và tác động của chúng đối với ổn định lưới; đề xuất các thông số cơ bản đáp ứng yêu cầu ổn định hệ thống điện.

• Nghiên cứu vị trí cài đặt tối ưu và cấu hình công suất cho FCLs dựa trên cấu trúc lưới điện khu vực điển hình, và xác định các thông số chính thỏa mãn cả ổn định hệ thống và khả năng chịu nhiệt/ cơ học của thiết bị.

• Nghiên cứu chiến lược phối hợp và kiểm soát giữa nhiều FCLs hoặc giữa FCLs và các thiết bị FACTS hiện có.

• Khảo sát việc tích hợp kiểm soát FCL với các hệ thống kiểm soát và bảo vệ rơle truyền thống.

• Nghiên cứu phương pháp tích hợp kiểm soát FCL vào các hệ thống điều độ và kiểm soát lưới hiện có.

• Phân tích tác động lẫn nhau giữa FCLs và hệ thống điện khi triển khai tại các vị trí tải khác nhau, và phát triển các chiến lược giảm thiểu tương ứng.

• Khám phá vai trò của FCLs trong các lưới điện liên kết lớn.

FCLs là thiết bị điện áp cao, công suất lớn, và độ tin cậy và hiệu quả kinh tế là các chỉ số hiệu suất quan trọng. Cải thiện độ tin cậy đòi hỏi không chỉ các cấu trúc mạch hợp lý và chiến lược kiểm soát chín muồi mà còn sự đơn giản trong thiết kế và kiểm soát. Tối ưu hóa thiết kế hệ thống để giảm kích thước, trọng lượng, và chi phí vẫn là mục tiêu trung tâm trong nghiên cứu FCL. Ngoài ra, khả năng chống nhiễu và ổn định hoạt động của hệ thống kiểm soát là yếu tố thiết yếu cho việc giới hạn dòng điện lỗi đáng tin cậy.

Một vấn đề khác với FCLs là chức năng đơn lẻ của chúng - chúng không hoạt động trong điều kiện bình thường, làm tăng chi phí đầu tư lưới. Trong mạng phân phối, thường có các thiết bị bù chất lượng điện (ví dụ: Bộ khôi phục điện áp động (DVR), Điều hòa chất lượng điện thống nhất (UPQC), Bộ sinh var tĩnh tiên tiến (ASVG), Lưu trữ năng lượng từ siêu dẫn (SMES)) được lắp đặt để cải thiện chất lượng điện. Nếu có thể thiết kế một thiết bị có thể cung cấp nhiều chức năng bù trong điều kiện bình thường (cải thiện chất lượng điện) và ngay lập tức tạo ra trở kháng cao trong trường hợp có sự cố để giới hạn dòng điện lỗi, nó sẽ đạt được đa chức năng. Thiết bị như vậy cũng có thể cung cấp nguyên tắc và hiệu suất giới hạn dòng điện tốt hơn so với các FCL hiện có.

3 Các vấn đề hiện tại với Giới hạn dòng điện lỗi

Là một thiết bị bảo vệ mới, FCLs đang nhận được sự quan tâm ngày càng tăng, và triển vọng ứng dụng trong tương lai của chúng trong hệ thống điện dường như rất hứa hẹn. Tuy nhiên, việc phân tích các tác động và hiệu ứng tiềm tàng là một thách thức không thể tránh khỏi. Các vấn đề chính hiện nay bao gồm:

• Hành vi động của FCLs trong quá trình chuyển mạch sự cố, bao gồm tác động đến ổn định đồng bộ và ổn định tải.

• Chiến lược kiểm soát sự cố của FCLs và sự phối hợp với hệ thống bảo vệ rơle.

• Thiết kế hệ thống phát hiện sự cố siêu nhanh và bộ điều khiển cho FCLs.

• Tác động của FCLs đối với chất lượng điện, đặc biệt là về việc tạo ra harmonics.

• Vị trí tích hợp tối ưu của FCLs trong hệ thống điện.

• Tác động của FCLs đối với trạng thái hoạt động của các thiết bị và thành phần hiện có trong lưới.

• Đánh giá kinh tế của việc ứng dụng FCLs trong hệ thống điện. Giải quyết các vấn đề này sẽ thúc đẩy đáng kể sự phát triển và áp dụng công nghệ FCL.

Các vấn đề cụ thể cho Giới hạn dòng điện lỗi siêu dẫn (SFCLs):

• Ổn định của nam châm siêu dẫn.

• Thời gian phục hồi của vật liệu siêu dẫn sau khi có sự cố.

• Phát tán nhiệt từ vật liệu siêu dẫn sau khi giới hạn dòng điện.