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

ã 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 
MBA T1 
MBA T2 
- Công suất định mức 2 x 63 MVA 
- Cấp điện áp 115/24/6,6 kV 
- 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 
điện 
- Các phụ tải 3 pha (có công suất tổng chiếm 33,6% công suất trạm) 
- 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, 
(A) 
Dòng điện qua dây trung tính 
(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]. 
 FCLRN ZZZZ
EI
  
.3021
)1( (1) 
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). 
Hình 4: Mô phỏng NM một pha (Pha A) – biến 
thiên điện trở nối đất trung tính 
Hình 5: Dòng điện và công suất 
 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 
2
4
6
8
10
12
14
5
10
15
20
25
30
0 10 20 30 40 50 60 70 80
I_SC (kA)
UB (kV)
UC (kV)
Si
ng
le
 P
ha
se
 S
C
 C
ur
re
nt
 (k
A
)
Single Phase voltage (kV)
Resistance in Neutral (Ohm) 0
5
10
15
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
0 10 20 30 40 50 60 70
I_N_Max Unbalance
I_N_Min Unbalance 
R_Power Max Unbalance
R_Power Min Unbalance
I_
N
_M
ax
 U
nb
al
an
ce
R
_Pow
er M
ax U
nbalance
Resistance in Neutral (Ohm)
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). 
3.15 106
3.2 106
3.25 106
3.3 106
3.35 106
3.4 106
3.45 106
3.5 106
180 200 220 240 260 280 300 320
 Cp (J/m3/K)
y = 2.7055e+6 + 2644.8x R= 0.97323 
 C
p 
(J
/m
3/
K
)
 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 
dây 
Dòng diện 
ngắn mạch 
qua trung 
tinh 
Thời 
gian 
ngắn 
mạch 
Nhiệt độ 
của điện 
trở ngắn 
mạch 
1 
Vườn Ươm 478 feeder, RL 
51AN, IA = 1006 A, IN = 947.9 A, 
F 79 reclose is succesful 
478 947,9 - 36 
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). 
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. 
293°K 
298°K