Kết quả khảo sát, đánh giá chất lượng cung cấp điện của mạng điện mỏ vùng Quảng Ninh

 THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ
39 KHCNM SỐ 1/2019 * CƠ ĐIỆN - TỰ ĐỘNG HÓA
KẾT QUẢ KHẢO SÁT, ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG CUNG CẤP ĐIỆN 
CỦA MẠNG ĐIỆN MỎ VÙNG QUẢNG NINH 
Tóm tắt:
Bài báo trình bày kết quả khảo sát đánh giá chất lượng cung cấp điện của mạng điện Mỏ Vùng 
Quảng Ninh
 ThS. Vũ Thế Nam
 Viện Khoa học Công nghệ Mỏ - Vinacomin
 Biên tập: TS. Đào Đắc Tạo
1. Vì sao phải quan tâm đến “chất lượng 
điện năng”
Ở các nước công nghiệp phát triển “chất 
lượng điện” được quan tâm từ những năm 50 ÷ 
60 của thế kỷ trước bởi các lý do:
Độ lệch điện áp có ảnh hưởng rất lớn 
đếnhoạt động của động cơ không đồng bộ, là 
phụ tải chủ yếu của các xí nghiệp công nghiệp. 
Khi điện áp trên cực động cơ giảm quá mức cho 
phép, mômen cản có thể vượt quá giá trị của 
mômen quay, dẫn đến động cơ không thể quay 
được. Nếu không cắt điện, động cơ có thể bị 
cháy. Điện áp trên cực động cơ thấp làm cho 
điều kiện khởi động của động cơ giảm đi đáng 
kể. Khi điện áp trên cực động cơ thấp thì cường 
độ từ trường của stator cũng giảm đi (đến 2-3% 
khi điện áp giảm 1%) và như vậy, với công suất 
tiêu thụ như trước thì dòng phải tăng lên, dẫn 
đến cuộn dây bị nóng quá mức, làm giảm cách 
điện của cuộn dây và kèm theo đó là tuổi thọ 
của động cơ;
Điện áp lệch khỏi giá trị danh định làm tăng 
đáng kể công suất phản kháng tiêu tán trên 
đường dây, trong các máy biến áp và các động 
cơ điện. Nếu điện áp trên cực động cơ tăng lên 
1% thì công suất phản kháng tăng thêm từ 3% 
trở lên (do tăng dòng không tải của động cơ);
Các thiết bị nhạy cảm với sự dao động điện 
áp là các lò điện, các đèn chiếu sáng và các 
thiết bị điện tử. Sự nhấp nháy của nguồn sáng 
gây sự khó chịu, mệt mỏi, ảnh hưởng đến năng 
suất lao động, tiềm ẩn nguy cơ gây tai nạn trong 
quá trình sản xuất;
Dao động điện áp làm cho nhiều hệ thống 
điện tử, tự động hóa, thông tin liên lạc, quan 
trắc, giám sát không thể hoạt động được bình 
thường, gây tổn hại cho quá trình giám sát, điều 
hành sản xuất. Điện áp dao động lớn hơn 15% 
làm cho các avtomat hút của các rơle điều khiển, 
các attômat và khởi động từ không giữ được tay 
đòn, ảnh hưởng đến sự hoạt động bình thường 
của máy móc thiết bị trong các dây chuyền sản 
xuất. Điện áp dao động trong khoảng từ 10÷15% 
có thể làm hư hỏng các tụ điện bù cũng như các 
bộ biến đổi bán dẫn;
Sự mất đối xứng pha ảnh hưởng trực tiếp 
đến các phụ tải, điển hình nhất là các động cơ 
không đồng bộ. Người ta đã chứng minh rằng 
tuổi thọ của động cơ không đồng bộ mang đầy 
tải, khi làm việc trong lưới có điện áp mất đối 
xứng 4% sẽ bị giảm đi 2 lần và nếu như sự mất 
đối xứng là 5% thì công suất của động cơ sẽ bị 
giảm đi từ 5 ÷ 10%. Sự mất đối xứng pha cũng 
gây tổn hao công suất và phát nhiệt trong stator 
và rôtor, ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt động của 
các động cơ đồng bộ. Sự mất đối xứng pha làm 
cho chế độ làm việc của của các bộ biến đổi, 
bộ chỉnh lưu nhiều pha xấu đi rất nhiều - làm 
tăng đáng kể sự nhấp nhô của điện áp nắn, làm 
cho hệ thống điều khiển xung - pha của các bộ 
biến đổi tiristor không thể làm việc bình thường 
được;
Khi điện áp mất đối xứng các tụ bù sẽ tiêu thụ 
công suất vô công ở các pha không đều nhau. 
Do vậy tụ điện không sử dụng hết dung lượng 
lắp đặt. Ngoài ra, do sự mất đối xứng của các 
pha mà chính các bộ tụ điện trong trường hợp 
này còn làm tăng thêm sự mất đối xứng bởi vì 
công suất phản kháng của tụ trong pha có điện 
áp thấp sẽ nhỏ hơn trong các pha khác (tỷ lệ 
thuận với bình phương điện áp của lưới);
Điện áp “không sin” cũng mang lại những tổn 
hại giống như là sự mất đối xứng. Sóng hài bậc 
cao cũng gây nên tổn thất hữu công trên tất cả 
THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ
 KHCNM SỐ 1/2019 * CƠ ĐIỆN - TỰ ĐỘNG HÓA40
các phần tử của hệ thống cung cấp điện như 
trong mạng cung cấp, máy biến áp, các máy 
điện, các bộ tụ điện bởi vì điện trở của các phần 
tử này phụ thuộc vào tần số;
Sự dao động của tần số có ảnh hưởng trực 
tiếp đến thành phần điện từ, liên quan mật thiết 
đến sự tiêu hao công suất hữu công và vô công 
trong mạng. Người ta đã chứng minh được 
rằng - nếu như tần số giảm đi 1% (0,5 Hz) thì 
lượng tổn hao công suất trong mạng sẽ là 2%. 
Do dao động của tần số, sự thiệt hại đối với chất 
lượng sản phẩm trong dây chuyền công nghệ 
của xí nghiệp nhiều khi còn lớn hơn nhiều, so 
với những tổn hao kể trên. Dao động tần số của 
điện áp có ảnh hưởng rõ rệt nhất đối với các 
thiết bị điện tử. Dao động tần số quá +0,1 Hz đã 
làm cho các tín hiệu của các màn hình mônitor, 
camera theo dõi, màn hình vô tuyến bị méo đi 
rõ rệt. Tần số ở trong khoảng từ 49,5 ÷ 49,9 Hz 
làm cho tín hiệu trên màn hình biến dạng đến 4 
lần so với tín hiệu chuẩn. Với tần số <49,5 Hz thì 
hầu hết các thiết bị thu phát tín hiệu không thể 
làm việc được. 
Các chỉ tiêu chất lượng điện không phù hợp 
với tiêu chuẩn, khác với các giá trị danh định 
không chỉ ảnh hưởng đến năng suất của máy 
móc thiết bị, đến tuổi thọ của chúng mà còn có 
khả năng gây nên các sự cố liên hoàn, sự tác 
động nhầm lẫn của các bộ phận bảo vệ, đặc 
biệt có thể có những tín hiệu điều khiển các 
quá trình sản xuất bị sai lệch do có sự tác động 
nhầm lẫn của các thiết bị đóng cắt, và kết quả là 
xác suất xuất hiện hư hỏng cũng tăng lên theo 
gây những hậu quả không lường trước được.
2. Tiêu chuẩn về “Chất lượng điện năng” 
ở Việt Nam
Ở nước ta, “chất lượng điện” đã được những 
người làm công tác năng lượng quan tâm từ 
những năm 80 của thế kỷ trước. Trải qua những 
năm chiến tranh kéo dài, ngành điện mới chỉ cố 
gắng đáp ứng đủ nhu cầu cung cấp điện cho các 
hộ tiêu thụ, mà chưa thể đáp ứng ngay cho các 
hộ tiêu thụ điện chất lượng như các nước công 
nghiệp phát triển. Tuy nhiên, trong quá trình xây 
dựng và phát triển chúng ta cũng đã thấy được 
định hướng mục tiêu phấn đấu của ngành điện 
thông qua một số mốc quan trọng:
Ngày 21 tháng 11 năm 1984 theo đề nghị 
của Bộ Điện Lực, Ủy ban Khoa học và Kỹ thuật 
Nhà nước đã ban hành Tiêu chuẩn Việt Nam 
TCVN 3971-84 quy định về “Mức chất lượng 
điện năng ở các thiết bị tiêu thụ điện năng nối 
vào lưới điện công dụng chung”;
Ngày 02/08/2001 Chính phủ đã ban hành 
Nghị định số 45/2001/NĐ-CP về “Các hoạt động 
điện lực và sử dụng điện”;
“Quy phạm trang bị điện” được ban hành 
theo Quyết định số 19/2006/ QĐ-BCN, ngày 
11/07/2006 của Bộ trưởng Bộ Công nghiệp là 
một bước tiến mới trong việc đưa dần các “chỉ 
tiêu chất lượng điện” của Việt Nam phù hợp 
với Tiêu chuẩn của các nước công nghiệp phát 
triển. Quy phạm này có bốn phần được biên 
soạn thành dạng Tiêu chuẩn của ngành. Tuy 
nhiên, trong TCN-19-2006 cũng mới chỉ có quy 
định về “chất lượng điện áp và tần số của lưới 
điện”.
 Tiêu chuẩn về chất lượng điện của các nước 
hiện đều tuân theo các Tiêu chuẩn của Ủy ban 
Kỹ thuật điện Quốc tế (IEC), bao gồm nhiều chỉ 
tiêu, có các yêu cầu và quy định rất chi tiết về 
các chỉ tiêu này. Quá trình hòa nhập để phát 
triển, Việt Nam cũng cần thiết phải ban hành các 
Tiêu chuẩn (TCVN) phù hợp với các Tiêu chuẩn 
nêu trên.
3. Kết quả khảo sát đánh giá về chất lượng 
điện cung cấp cho một số đơn vị sản xuất 
trong Tập đoàn TKV vùng Quảng Ninh
Trong quá trình kiểm toán năng lượng, cũng 
như nghiên cứu đề tài khoa học các cấp nhóm 
nghiên cứu của Viện Khoa học Công nghệ Mỏ 
đã kết hợp với các cán bộ kỹ thuật của một số 
mỏ khai thác than, như đơn vị sản xuất khác 
trong Tập đoàn tiến hành khảo sát, đánh giá một 
số chỉ tiêu chất lượng cung cấp điện cho các 
đơn vị khu vực Quảng Ninh bằng tổ hợp thiết 
bị đo lường đa năng WM 14-96 được chế tạo ở 
dạng “an toàn nổ”, dùng trong mỏ hầm lò có thể 
đo được các thông số tức thời của chất lượng 
điện đặt vào phụ tải như U, I, f, Cosφ, P, S, Q, 
các dạng sóng hài Các thông số hoạt động 
này được cập nhật liên tục và lưu vào thẻ nhớ, 
sau đó dùng phần mềm chuyên dụng (ACE-
Reader-V1) để lấy và đọc (ACE-PowerSoft-V1) 
các dữ liệu đo. Thiết bị được thiết kế chế tạo và 
kiểm định theo tiêu chuẩn TCVN 7079-0: 2002, 
và TCVN 7079 -1: 2002. Đồng thời sử dụng máy 
phân tích điện năng đa năng của hãng Chauvin 
 THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ
41 KHCNM SỐ 1/2019 * CƠ ĐIỆN - TỰ ĐỘNG HÓA
CA8335 để đo phát hiện sóng hài bậc cao tại 
các đơn vị sản xuất trong Tập đoàn TKV vùng 
Quảng Ninh. 
Các số liệu đo được thực hiện tại các trạm 
biến áp 35/6 kV để xác định sự dao động điện 
áp và tần số của mạng ở cấp điện áp 35kV và 
6kV. Đối với các khu vực khai thác và đào lò, 
các đơn vị sản xuất khác nhóm nghiên cứu đã 
tiến hành lắp đặt thiết bị để xác định các thông 
số đặc trưng của mạng hạ áp nhằm đánh giá 
chất lượng điện trên một số chỉ tiêu chủ yếu 
như: Chất lượng điện áp; Chất lượng tần số; 
Hệ số mang tải; Hệ số công suất; Tổn hao điện 
năng; Một số dạng sóng hài.v.v Trên các hình 
1 và 2 mô tả một số kết quả khảo sát được trong 
quá trình đo cũng như xử lý các số liệu đo để 
đánh giá.
Sóng hài là một dạng nhiễu không mong 
muốn, ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng lưới 
điện và cần được chú ý tới khi tổng các dòng 
điện hài cao hơn mức độ giới hạn cho phép. 
Dòng điện hài là dòng điện có tần số là bội của 
tần số cơ bản. Ví dụ dòng 250Hz trên lưới 50Hz 
là sóng hài bậc 5.
Dòng điện 250Hz là dòng năng lượng không 
sử dụng được với các thiết bị trên lưới. Vì vậy, 
nó sẽ bị chuyển hoá sang dạng nhiệt năng và 
gây tổn hao.
 Qua hình 2 và hình 3 cho thấy sự ảnh hưởng 
của sóng hài khiến cho điện áp và dòng điện 
xuất hiện dạng méo sin, răng cưa.
Thành phần quan trọng để đánh giá sóng hài 
là hệ số méo dạng tổng (THD), mà giá trị càng 
cao thì mức ảnh hưởng tới chất lượng cung 
cấp điện càng lớn. Kết quả đo kiểm cho thấy 
Hình 1. Biểu đồ công suất biểu kiến và hệ số công suất của MBA 1000 kVA Công ty tuyển than Cửa Ông - 
Vinacomin
Hình 2. Ảnh hưởng sóng hài tới dòng điện động cơ 
máy cán thép Công ty CP Chế tạo máy
Hình 3. Ảnh hưởng sóng hài tới dòng điện động cơ 
máy cán thép Công ty CP Chế tạo máy
THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ
 KHCNM SỐ 1/2019 * CƠ ĐIỆN - TỰ ĐỘNG HÓA42
THD≈43,2÷174,8% (hình 4). 
Tổng hợp các kết quả đo kiểm trong quá trình 
khảo sát đánh giá sự ảnh hưởng của sóng hài 
nhóm nghiên cứu có bảng tổng hợp số 1.
4. Các kết quả nghiên cứu
Đối chiếu với Tiêu chuẩn chúng ta thấy rằng, 
điện áp trung và cao áp của các TBA là tương 
đối ổn định, các giá trị của điện áp không có sự 
Hình 4. Hệ số méo dạng tổng (THD) sóng hài dòng điện động cơ máy cán thép 
Công ty CP Chế tạo máy - Vinacomin
Bảng 1 Tổng hợp đo kiểm sóng hài tại các đơn vị
Sóng 
hài
Công 
ty Cơ khí VMC (2016)
Thống Nhất 
(2017) TT Hòn Gai (2015)
Uông 
Bí 
(2014)
Phụ tải Động cơ cán
Động cơ 
máy nắn
MBA 400 kVA 
MB+41 Lộ Trí
Băng 
RC2-PX 
Sàng
TBA số 1 
(1000 kVA)- 
khu tuyển 
Úc-PX 
tuyển
TBA 
số 2 
(630 
kVA)- 
PX 
tuyển
TBA 
400 
kVA
Bậc 3
A1h3 3,81 13,36 7,99 0,89 0,56 5,03 0,92
A2h3 3,80 17,11 2,57 0,76 1,31 3,70 1,57
A3h3 3,56 12,15 9,00 0,41 1,73 2,38 2,85
Bậc 5
A1h5 38,16 52,51 3,19 1,67 11,81 19,51 3,87
A2h5 37,65 50,72 3,72 5,49 11,96 21,19 4,54
A3h5 37,55 50,01 3,12 5,29 12,27 15,47 4,16
Bậc 7
A1h7 16,43 34,49 2,76 2,05 9,34 11,61 5,37
A2h7 15,63 32,85 2,79 2,35 9,36 12,46 7,31
A3h7 16,15 32,30 3,80 2,58 10,16 10,12 5,96
Bậc 9
A1h9 1,58 4,60 0,53 0,30 0,47 1,24 7,31
A2h9 1,68 4,82 0,85 0,21 0,33 0,98 3,65
A3h9 1,26 3,74 0,69 0,31 0,53 0,57 5,96
Bậc 11
A1h11 15,19 13,52 0,38 0,84 4,65 4,22 13,04
A2h11 14,69 12,78 0,82 0,66 4,85 5,04 11,97
A3h11 14,58 12,08 0,76 0,72 4,93 3,01 14,24
Bậc 13
A1h13 9,43 7,17 0,33 0,69 1,17 3,48 8,29
A2h13 8,74 6,72 0,49 0,66 1,03 3,69 11,01
A3h13 9,13 6,31 0,61 0,92 1,35 3,57 10,54
Bậc 15
A1h15 0,92 2,74 0,53 0,15 0,14 2,14 0,56
A2h15 1,08 2,61 0,58 0,15 0,10 2,07 0,34
A3h15 0,65 1,94 0,50 0,18 0,10 0,75 0,52
 THÔNG TIN KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MỎ
43 KHCNM SỐ 1/2019 * CƠ ĐIỆN - TỰ ĐỘNG HÓA
dao động nhiều, nhưng điện áp trên cực phụ tải 
gần với trạm thường được giữ ở mức khá cao 
so với giá trị danh định, do hầu hết các máy biến 
áp đều không có hệ thống tự động điều chỉnh 
dưới tải.
Tần số của nguồn nhìn chung là ổn định, 
dao động trong khoảng nhỏ, chủ yếu nằm trong 
khoảng giới hạn cho phép của Tiêu chuẩn, đảm 
bảo để các thiết bị làm việc bình thường.
Mạng hạ áp của hầu hết các khu vực khảo 
sát đều có tổn thất điện năng khá lớn. Tổn thất 
điện năng chủ yếu xảy ra trên đường cáp trục 
chính và cáp mềm. Các mạng hạ áp mỏ đều có 
hệ số yêu cầu, hệ số công suất và hệ số mang 
tải thấp. Nếu được chú ý đầu tư, cải tạo chắc 
chắn sẽ nâng cao được các chỉ tiêu kinh tế kỹ 
thuật và hiệu quả sử dụng điện năng trong quản 
lý vận hành mạng cung cấp điện.
Nhiều mạng điện có xuất hiện sóng hài bậc 
cao, tập trung tại nhà máy cơ khí có lò hồ quang, 
các trạm biến áp cung cấp điện cho các động cơ 
sử dụng các thiết bị điện tử công suất hỗ trợ 
điều khiển, các động cơ điện một chiều,làm 
ảnh hưởng đến chất lượng cung cấp điện và tổn 
thất điện năng.
Tài liệu tham khảo:
1. Đào Đắc Tạo và nnk (2009). Nghiên cứu 
đề xuất các giải pháp cung cấp điện ổn định và 
an toàn và hiệu quả cho các mỏ than hầm lò 
Quảng Ninh đáp ứng yêu cầu cơ giới hóa, hiện 
đại hóa ngành than giai đoạn 2008 – 2025; Báo 
cáo tổng kết đề tài; Hà Nội.
Results from surveying and evaluating the power supply quality of the 
electronic network at Quang Ninh underground coal mines
 MSc. Vu The Nam 
Institute of Mining Science and Technology - Vinacomin
Summary:
The paper repesents some results from surveying and evaluating the power supply quality of the 
electronic network at Quang Ninh underground coal mines