Mô phỏng thiết bị hạn chế dòng ngắn mạch kiểu máy biến áp trên lưới điện phân phối 22Kv tại thành phố Hồ Chí Minh

iá trị XB thỏa mãn
các yêu cầu kinh tế và kỹ thuật.
Như vậy, để đơn giản hóa bài toán, trong phạm vi
nghiên cứu bài báo, xét vùng đồ thị tuyến tính của
các đường cong khi C thay đổi, lúc này tìm giá trị b
tối ưu tương ứng với giá trị XB lớn nhất. Bài báo giả
thiết vùng tồn tại các biến thiên của giá trị C tương
ứng với các biến thiên của XB nhỏ hơn 5% (DXB <
5%) được định nghĩa là vùng đồ thị tuyến tính của giá
trị C như trênHình 8.
b. Áp dụngmô phỏng thiết bị FCLT cho lưới
điện thực tế
Xét trạm điện 220/110/22kV Bình Tân thuộc lưới
điện thuộc Tổng công ty điện lực thành phố Hồ Chí
Minh22, thiết bị FCLT được gắn ở trạm phía sauMBA
110/22kVvà phía trước thanh cái 22kVnhư trên sơ đồ
tương đương (Hình 9)
Sử dụng phầnmềmMATLAB/SIMULINK, sơ đồ lưới
điện thực tế trạm Bình Tân và khối FCLT được xây
dựng trênHình 10 được tích hợp trongmô hình trạm
220/110/22kV Bình Tân như Hình 9. Các thông số
lưới thực tế được thể hiện ở Bảng 1. Trong đó thiết
bị FCLT được lắp sauMBA và trước thanh cái 22kV –
C42,môphỏng sự cố ngắnmạch xảy ra phía sau thanh
cái C42 – 22kV.
Áp dụng các thông số thực tế của lưới điện vào đồ
thịHình 8, ta tìm được điểm tối ưu b=0.84, dựa theo
Công thức 5 và Công thức 6 với Idm =1650A, giá trị
C và LB được tính như trên Bảng 2. Các giá trị thông
số đã tính được lựa chọn nhập vào mô hình thiết bị
FCLT trênHình 8.
c) Kết quảmô phỏng
Để xem xét tác dụng của FCLT đến lưới điện thực
tế, bài báo thực hiện mô phỏng trong hai trường hợp
trước và sau khi lắp thiết bị ở cả điều kiện bình thường
và điều kiện sự cố. Cụ thể, sự cố diễn ra tại thời điểm
0,1s ở phía sau thanh góp C42 đối với mỗi trường hợp
mô phỏng.
* Khi chưa lắp FCLT
Kết quả mô phỏng điện áp tại thanh góp C42 ở
trạng thái vận hành bình thường được thể hiện ở
Hình 11.Tương tự Hình 12, 13, 14 và 15 thể hiện
kết quả mô phỏng dòng điện ngắn mạch 3 pha, ngắn
mạch 1 pha, ngắn mạch 2 pha và ngắn mạch 2 pha
chạm đất. Các giá trị dòng ngắn mạch được tổng hợp
ở Bảng 3.
Theo kết quả mô phỏng, tại thời điểm t=0,1, các giá
trị dòng điện tăng lên đột biến tùy thuộc vào các dạng
ngắn mạch, trong đó dòng ngắn mạch 1 pha có giá trị
xung kích lớn nhất 38,2 kA, các giá trị dòng xung kích
xấp xỉ 2,5 lần dòng ngắn mạch duy trì.
* Khi lắp FCLT
Kết quả mô phỏng điện áp tại thanh góp C42 phía sau
thiết bị FCLT ở trạng thái vận hành bình thường được
thể hiệnHình 16.
Kết quả mô phỏng dòng điện ngắn mạch thể hiện ở
các Hình 17, 18, 19 và 20 theo thứ tự ngắn mạch 3
pha, ngắnmạch 1 pha, ngắnmạch 2 pha và ngắnmạch
2 pha chạm đất và được thống kê lại ở Bảng 4
Từ những kết quảmô phỏng, ta nhận thấy, giá trị điện
áp tại thanh góp C42 lúc làm việc bình thường trong
trường hợp có FCLT và không có thiết bị FCLT chênh
lệch nhau khoảng 2% (tương ứng dòng định mức).
Điều này chứng minh được những ưu điểm của thiết
bị FCLT ở điều kiện vận hành bình thường theo như
lý thuyết.
Khi có ngắn mạch, tại thời điểm 0,1s sau thanh góp
C42, đối với tất cả dạng ngắn mạch, rõ ràng giá trị
dòng ngắn mạch giảm về cả giá trị xung kích lẫn giá
trị biên độ duy trì. FCLT tác động hiệu quả đối với
trường hợp sự cố chạm đất, trong đó biên độ dòng
ngắn mạch 2 pha chạm đất giảm đến 23,74%, và dòng
ngắn mạch 1 pha giảm đến 20,14%. Đặc biệt thiết bị
có khả năng giảm dòng ngắnmạch xung kích, ta nhận
thấy dòng xung kích của ngắnmạch 1 pha giảm nhiều
nhất, đến 22,25%.
184
Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ – Kĩ thuật và Công nghệ, 2(3):179-192
Hình 8: Ảnh hưởng của X B và C của FCLT đến hệ số b .
Hình 9: Sơ đồ tương đương trạm 220/110/22kV Bình Tân, Tp.HCM.
Hình 10: Mô hình trênMatlab/Simulink.
185
Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ – Kĩ thuật và Công nghệ, 2(3):179-192
Bảng 1: Thông số thực tế củamạng điện
Thông số Giá trị
Nguồn hệ thống ( phía 110kV)
Điện áp U 110 (kV)
Trở kháng thứ tự thuận hệ thống ZHT 0,1777 + 2,4337j (W)
Trở kháng thứ tự không hệ thống Z0HT 0,0907 + 1,2697j (W)
MBA T4
Điện áp 115/23/11 (kV)
Công suất định mức 63(MVA)
Trở kháng cao trung XPS 0,1359 (pu)
Trở kháng cao hạ XPT 0,2334 (pu)
Trở kháng trung hạ XST 0,0854 (pu)
Bảng 2: Thông số thiết bị
FCLT
Thông số Giá trị
C 8.5 (mF)
LB 0,438 (mH)
Hình 11: Điện áp trường hợp chưa có FCLT.
Bảng 3: Kết quả chạymô phỏng trường hợp chưa có FCLT
Sự cố Dòng sự cố (kA) Dòng xung kích (kA) Tỉ số
N(3) 11,2 30 2,68
N(1) 14,4 38,2 2,65
N(2) 9,8 25,5 2,60
N(1,1) 13,9 35,4 2,55
186
Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ – Kĩ thuật và Công nghệ, 2(3):179-192
Hình 12: Dòng ngắnmạch 3 pha khi chưa có FCLT.
Hình 13: Dòng ngắnmạch 1 pha khi chưa có FCLT.
Hình 14: Dòng ngắnmạch 2 pha khi chưa có FCLT.
187
Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ – Kĩ thuật và Công nghệ, 2(3):179-192
Hình 15: Dòng ngắnmạch 2 pha chạm đất khi chưa có FCLT.
Hình 16: Điện áp trường hợp có FCLT.
Hình 17: Dòng ngắnmạch 3 pha khi có FCLT.
188
Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ – Kĩ thuật và Công nghệ, 2(3):179-192
Hình 18: Dòng ngắnmạch 1 pha khi có FCLT.
Hình 19: Dòng ngắnmạch 2 pha khi có FCLT.
Hình 20: Dòng ngắnmạch 2 pha chạm đất khi có FCLT.
189
Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ – Kĩ thuật và Công nghệ, 2(3):179-192
Bảng 4: Kết quả chạymô phỏng trường hợp có FCLT
Sự cố Dòng sự cố (kA) Độ giảm (%) Dòng xung kích (kA) Độ giảm (%)
N(3) 9,35 16,5 28,3 5,7
N(1) 11,5 20,14 29,7 22,25
N(2) 8,5 13,27 19,8 11,37
N(1,1) 10,6 23,74 33,5 5,32
ĐÁNHGIÁ KẾT QUẢ
Bài báo đã tiến hànhmô hình hóa và phân tích sự làm
việc của thiết bị FCLT để hạn chế dòng sự cố ngắn
mạch. Mô hình thiết bị FCLT sử dụng là loại FCL
trạng thái rắn cộng hưởng được bố trí tại thanh cái thứ
cấp của trạmMBA, đặc điểm kỹ thuật FCLT: ZFCLT =
0,285 W; C = 8,5x103 F; L = 0,438x103 H. Việc lựa
chọn thông số này tương ứng với giá trị b tối ưu, b =
0,84.
Khi gắn thiết bị FCLT tại thanh cái C42 phía thứ cấp
củamáy biến ápT4 với công suất 63MVA trạmbiến áp
220/110/22kV Bình Tân thuộc Tổng Công ty điện lực
ThànhphốHồChíMinh, các quả ghi nhậnđã thể hiện
ưu điểm vượt trội của thiết bị FCLT trong 2 trường
hợp:
 Lúc không xảy ra ngắn mạch: thiết bị FCLT có trở
kháng nhỏ, không làm ảnh hưởng nhiều đến giá trị
tổn thất trong mạng điện.
Khi có ngắnmạch xảy ra: giá trị trở kháng của FCLT
tăng lên và dòng sự cố được giảm đến 23,74% với sự
cố ngắn mạch 02 pha chạm đất và giảm thấp nhất là
13,27% ở dạng sự cố 02 pha.
Kết quả cho thấy rằng dòng ngắn mạch trong các
trường hợp ngắn mạch 3 pha, ngắn mạch 1 pha chạm
đất, ngắnmạch 2 pha và ngắnmạch 2 pha chạmđất đã
được giảm so với trước khi đặt thiết bị FCLT khoảng
20%. Điều này cũng chứng tỏ được giải pháp đặt thiết
bị FCLT là hiệu quả trong việc hạn chế dòng ngắn
mạch của lưới điện Tp. HCM.
THẢO LUẬN
Do bài báo chỉ xét đơn giản hóa ảnh hưởng của các
tham số C, XB của thiết bị đến khả năng giảm dòng
ngắn mạch, nên trong tương lai vấn đề này cần tiếp
tục khảo sát với nhiều điều kiện ràng buộc hơn nữa
về công nghệ, kinh tế cũng như tiêu chuẩn kỹ thuật
nhằm tìm ra giá trị tối ưu của hệ số giảm dòng ngắn
mạch. Ngoài ra, cũng cần đánh giá thêm về mặt kinh
tế cụ thể chi phí đầu tư và thời gian thu hồi vốn để có
thể áp dụng thực tế thiết bị này trên lưới điện.
KẾT LUẬN
Bài báo đã giới thiệu về các thiết bị hạn chế dòng ngắn
mạch FCL hiện nay. Các thiết bi này thể hiện rõ ưu
điểm về kỹ thuật trong nguyên lý hoạt động : lúc làm
việc bình thường, thiết bị có trở kháng nhỏ hoặc có
thể hoạt động như tụ bù dọc, đem lại lợi ích cải thiện
điện áp, tổn thất và nâng cao ổn định của lưới điện.
Mặt khác, khi lưới điện có sự cố, trở kháng của các
thiết bị FCL tăng cao, góp thêm 1 phần giá trị vào điện
kháng ngắn mạch của lưới điện, dẫn đến dòng ngắn
mạch trong lưới được giảm xuống. Cũng trên nguyên
tắc đó, bài báo tập trung nghiên cứu chế độ làm việc
và mô phỏng hoạt động của thiết bị FCLT- một dạng
thiết bị giảm dòng loại không siêu dẫn trạng thái rắn
cộng hưởng. Bài báo cũng phân tích ảnh hưởng của
các thông số FCLT đến điện áp cũng như hiệu quả
giảm dòng ngắn mạch của hệ thống. Đồng thời, hiệu
quả giảm dòng ngắn mạch đã được mô phỏng trên
phần mềm Matlab /Simulink, áp dụng cho cấp 22kV
tại trạm điện thực tế 220/110/22kV Bình Tân thuộc
Tổng Công ty điện lực Thành phố Hồ Chí Minh.
Qua kết quả mô phỏng có thể dễ dàng nhận thấy thiết
bị có khả năng giảm dòng ngắn mạch rất hiệu quả ở
cả giai đoạn siêu quá độ lẫn quá độ, đảm bảo các tiêu
chuẩn cũng như khả năng cắt của các thiết bị bảo vệ.
TỪ VIẾT TẮT
FCL: hạn chế dòng ngắn mạch – Fault Current Lim-
iter.
FCLT: hạn chế dòng ngắn mạch kiểu biến áp – Fault
Current Limiter Transformer.
DVR: bổ trợ cải thiện chất lượng điện áp – Dynamic
Voltage Restorer.
SCR: chỉnh lưu điều khiển bằng silicon – SiliconCon-
trolled Rectifier
GTO: Gate Turn Off Switch
IGBT: Insulated Gate Bipolar Transistor
MBA: Máy biến áp
XUNG ĐỘT LỢI ÍCH
Nhóm tác giả xin camđoan rằng không có bất kỳ xung
đột lợi ích nào trong công bố bài báo.
190
Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ – Kĩ thuật và Công nghệ, 2(3):179-192
ĐÓNG GÓP CỦA TÁC GIẢ
Tác giảĐoànTựDo: đưa ra ý tưởng viết bài, đóng góp
diễn giải phương pháp thực hiện, kết quả mô phỏng,
phân tích, thảo luận của nghiên cứu và kết quả của bài
viết.
Tác giả Lê Thị Tinh Minh: kiểm tra lại bài viết, đóng
góp phần tổng quan, kiểm tra lại chính tả và kết luận
của bài viết.
Tác giả Lê Bửu Toàn: tham gia thu thập dữ liệu, chạy
kết quả mô phỏng và viết bản thảo.
TÀI LIỆU THAMKHẢO
1. Viện Năng Lượng Bộ Công Thương, ”Quy hoạch phát triển
điện lực quôc gia giai đoạn 2011-2020 có xét đến 2030”.
2. Sở Công Thương Thành Phố Hồ Chí Minh, ”Quy hoạch phát
triển điện lực Tp. Hồ ChíMinh giai đoạn 2016-2025, có xét đến
năm 2035”.
3. Bộ Công Thương, “Thông tư 25/2015/TT-BCT,” 2015.
4. Bộ Công Thương, ”Thông tư 39 /2015/TT-BCT,” 2015.
5. Lê KimHùng, ĐoànNgọcMinh Tú, Ngắnmạch trong hệ thống
điện. .
6. Nguyễn Hiếu, ”Nghiên cứu tìm giải pháp hạn chế dòng điện
ngắn mạch hệ thống điện 220kV giai đoạn 2011 đến 2015”.
7. Nguyễn Long Đăng Vương, ”Nghiên cứu và đề xuất giải pháp
giảm dòng ngắn mạch trên lưới điện truyền tải”.
8. Nguyễn Văn Quyết, ”Tính toán dòng ngắn mạch trên lưới
truyền tải điện Miền Bắc và đề xuất các biện pháp giảm dòng
ngắn mạch trên lưới điện truyền tải”.
9. Xiaoqing Zang, Ming Li, ”Using the Fault Current Limiter with
Transformer Type Reactor to Reduce Short Circuit Currents”.
10. Lê Thành Bắc, ”Thiết bị tự động hạn chế dòng ngắnmạch kiểu
máy,” Tạp chí Khoa học & Công nghệ Đại học Đà Nẵng. .
11. G. Karady, ”Principles of fault current limitation by a resonant
LC circuit,” 1992.
12. Sung-Hun Lim, Hyo-Sang Choi, Dong-Chul Chung, Yeong-Ho
Jeong, Yong-Huei Han, Tae-Hyun Sung, Byoung-Sung Han,
”Fault Current Limiting Characteristics of Resistive Type SFCL
Using a Transformer”.
13. Short TA. Distribution Reliability and Power Quality. Boca Ra-
ton, FL: CRC Press; 2006.
14. Suyono H, Hasanah RN. Analysis of Power Losses due to Dis-
tributed Generation Increase on Distribution System. Jurnal
Teknologi. 2016;78(6-3):23–28. UTM Press, ISSN: 01279696, E-
ISSN: 21803722.
15. Nor, K.M., Mokhlis, H., Suyono, H., (...), Rashid, A.-.H.A.-., Gani,
T.A. Development of power system analysis software using
object components, IEEE Region 10Annual International Con-
ference, Proceedings/TENCON, 2007.
16. Suyono, H., Nor, K.M., Yusof, S. Component based develop-
ment for transient stability power system simulation software,
PECon 2003 - Proceedings National Power Engineering Con-
ference, 2003.
17. Anaya-Lara O, Acha E. Modeling and Analysis of Custom
Power SystemsbyPSCAD/EMTDC. IEEE Transactions onPower
Delivery. 2002;17(1).
18. Giese RF. Fault Current Limiters - A Second Look. Paris, FR:
Argonne National Laboratory; 1995.
19. Leung EM, Rodriguez I, Albert GW, Burley B, DewM, Gurrola P,
et al. High temperature superconducting fault current limiter
development. IEEE Transactions on Applied Superconductiv-
ity. 1997;7(2):985–988.
20. H. Suyono, R.N. Hasanah, K.N. Astuti, “Optimization of the re-
active power injection to control voltage profile by using arti-
ficial bee colony algorithm,” in Proc. 2016 International Sem-
inar on Sensors, Instrumentation, Measurement and Metrol-
ogy, ISSIMM 2016, 2016, pp. 18 - 23.
21. Georgi Ganev, Krastjo Hinov, Nilkolay Karadzhov, ”Fault Cur-
rent Limiters – Principles and Application”.
22. Trung tâm điều độ hệ thống điện Miền Nam„ ”Sơ đồ nối điện
trạm biến áp 220/110/22 kV Bình Tân”.
191
Science & Technology Development Journal – Engineering and Technology, 2(3):179-192
Open Access Full Text Article Research Article
1220kV Binh Tan Substation, Ho Chi
Minh City Grid Company - Ho Chi
Minh City Power Corporation
2Electrical and Electronic Engineering,
Ho Chi Minh University of Technology,
268 Ly Thuong Kiet Street, Ward 14,
District 10, Ho Chi Minh City, Vietnam
Correspondence
Le Buu Toan, Electrical and Electronic
Engineering, Ho Chi Minh University of
Technology, 268 Ly Thuong Kiet Street,
Ward 14, District 10, Ho Chi Minh City,
Vietnam
Email: toanlebuu@gmail.com
History
 Received: 04-8-2019
 Accepted: 30-8-2019
 Published: 30-11-2019
DOI : 10.32508/stdjet.v2i3.530
Copyright
© VNU-HCM Press. This is an open-
access article distributed under the
terms of the Creative Commons
Attribution 4.0 International license.
Modelling of transformer type fault current limiter in 22Kv
distribution power system at Ho Chi Minh City
Doan Tu Do1, Le Buu Toan2,*, Le Thi TinhMinh2
Use your smartphone to scan this
QR code and download this article
ABSTRACT
Nowadays, the development of power systems leads to the expansion of the grid scale and com-
plicated technological problems. One of the most concerned problems is the short circuit current
which exceeds of limit regulation and breaking capacity range of the protection devices. In or-
der to improve the reliability of electrical systems, there are many existing solutions currently such
as using limiting impedance, system reconfiguration, bus-splitting, changing conductor materials,
etc However, each solution has its own advantages and disadvantages. In this paper, fault cur-
rent limiting (FCL) devices are introduced as another solution. It works as high impedance in short
circuit case and low impedance in generally case without causing power losses. This paper will an-
alyze and simulate the fault current limiting transformer (FCLT's) in MATLAB/SIMULINK. The effect
of FCLT's parameters results in the reduction of short circuit is also mentioned in this paper. The
application of FCLT in Ho ChiMinh Power Corporation `s distribution systemhas positive outcomes.
Key words: Fault current limiter (FCL), short circuit, distribution system, transformer
Cite this article : Do D T, Toan L B, Minh L T T.Modelling of transformer type fault current limiter in
22Kv distribution power system at Ho Chi Minh City. Sci. Tech. Dev. J. – Engineering and Technology;
2(3):179-192.
192