Đường dây truyền tải điện ở phía Bắc (Italia)

Hệ thống truyền tải 380 kV ở bắc Italia được kết nối với các nước láng giềng qua tám mạch 380 kV, tám mạch 220 kV và một mạch 132 kV. Các mạch liên kết này tạo thành ba hành lang điện: Italia sang Pháp, sang Thuỵ Sĩ và sang Áo/Slovenia. Trong năm 2008, lượng điện nhập khẩu ròng qua các mạch liên kết này lên tới khoảng 42 TWh.

Công suất chuyên tải nhập khẩu lý thuyết qua các mạch liên kết phía bắc vào Italia là khoảng 12.000 MW, nhưng trên thực tế, công suất chuyên tải ròng (net transfer capacity – NTC) vào các thời điểm nhu cầu phụ tải đỉnh là 7.190 MW vào mùa đông và 6.090 MW vào mùa hè. Tuy nhiên, với việc đưa vào hoạt động hai đường dây tải điện thương mại, gồm một mạch 380 kV từ Tirano (Italia) tới Mendrisio (Thuỵ Sĩ), và một mạch 150 kV từ Tirano (Italia) tới Campocologno (Thuỵ Sĩ), được bàn giao tương ứng vào năm 2008 và 2009, công suất chuyên tải ròng qua biên giới phía bắc Italia được bổ sung thêm 350 MW vào mùa đông và 300 MW vào mùa hè.

Các giá trị công suất chuyên tải ròng này được xác định bởi nhiều kịch bản, trong đó tính đến các ràng buộc về mạch điện: Vận hành an ninh N-1 của hệ thống kết nối, quá tải thoảng qua và lề độ tin cậy truyền tải. Trong quá trình đánh giá công suất chuyên tải ròng, cần phải kiểm tra độ khả dụng của các mạch điện để giải quyết nghẽn lưới điện nảy sinh trong vận hành bình thường hệ thống do sự cố hệ thống lưới điện gây ra. Đã xem xét khoảng năm chiến lược vận hành, trong đó phải kể đến việc đấu nối tự động hoặc bằng tay các thiết bị dòng công suất, ví dụ như máy biến áp dịch pha (phase-shifting transformer – PST).

Để tăng công suất nhập khẩu hiện có bằng cách sử dụng các mạch liên kết hiện có, cơ quan vận hành hệ thống truyền tải (transmission system operator – TSO) của Italia là Terna đã lắp đặt một máy biến áp dịch pha (PST) trên đường dây truyền tải 380 kV mạch kép từ Rondissone (Italia) tới Albertville (Pháp).

Yêu cầu kỹ thuật vận hành

Cơ sở để xác định yêu cầu kỹ thuật của máy biến áp dịch pha là các nghiên cứu về dòng phụ tải, về các dạng sự cố và tính khả thi, tuy nhiên thiết kế của tổ hợp còn phải tính đến không gian hạn chế tại trạm biến áp Rondissone, mà mỗi mạch truyền tải phải có một bộ máy biến áp dịch pha ba pha. Ngoài ra, các tổ hợp này phải phù hợp với các hạn chế của đường sắt Italia bởi vì không thể vận chuyển tổ hợp được bằng đường bộ.

Góc điều chỉnh được qui định là 12o, dòng điện dây bằng 70% dòng điện danh định. Điều này tạo cơ hội cho các nhà cung cấp thiết bị tiềm năng thiết kế nằm trong khoảng giữa trở kháng ngắn mạch nhỏ nhất yêu cầu đối với khả năng chịu ngắn mạch của các cuộn dây và bộ điều chỉnh điện áp và góc điều chỉnh không tải nhỏ nhất đối với tổ hợp nhỏ gọn nhất. Tiêu chí N-1 áp dụng cho việc vận hành các bộ tản nhiệt: qui định chế độ khẩn cấp bằng 120% phụ tải danh định, N-1 bộ tản nhiệt và vận hành ở phụ tải danh định không có bộ tản nhiệt.

Ý tưởng thiết kế máy biến áp dịch pha không đối xứng được lựa chọn bởi vì nó cho phép sử dụng tối đa công suất của bộ điều chỉnh điện áp dưới tải. Cũng vậy, vì máy biến áp dịch pha không đối xứng không yêu cầu đầu trích trung tâm 400 kV trong cuộn nối tiếp nên đấu nối giữa các máy biến áp nối tiếp và song song cũng đơn giản hơn. Máy biến áp dịch pha được thiết kế có khả năng dịch chuyển từ chế độ chờ sang chế độ dịch pha vượt trước tối đa trong thời gian ngắn nhất để giảm nhẹ quá tải đường dây truyền tải.

Yêu cầu kỹ thuật thiết kế

Máy biến áp dịch pha của ABB bao gồm một máy biến áp ba pha nối tiếp có sáu sứ xuyên dầu/không khí 400 kV và một máy biến áp song song ba pha với các sứ xuyên dầu/không khí. Các đấu nối giữa các cuộn dây điều chỉnh của máy biến áp song song và các cuộn dây kích thích của máy biến áp song song được thực hiện bằng các sứ xuyên dầu/dầu trong đường ống nạp đầy dầu. Thiết kế này cho phép di chuyển và thử nghiệm các máy biến áp riêng rẽ tại xưởng, các cuộn dây ít tiếp xúc với không khí trong quá trình vận chuyển và lắp ráp tại hiện trường.

Bộ điều chỉnh điện áp dưới tải có 33 vị trí đầu trích, bao gồm ba bộ một pha, bộ truyền động bằng động cơ dùng chung cho phép điều chỉnh thô/điều chỉnh tinh. Thiết kế này thoả mãn yêu cầu về tốc độ vận hành, khả năng chịu ngắn mạch và quá tải. Các thử nghiệm điển hình và đặc biệt theo tiêu chuẩn IEC 60076 được hoàn thành tại nhà máy, cùng với các thử nghiệm tổn thất có tải và độ tăng nhiệt ở dòng điện đến bằng 120% dòng điện danh định.

Lắp đặt trạm biến áp

Các máy biến áp dịch pha lắp đặt trên sơ đồ đường dây truyền tải 380 kV mạch kép Rondissone-Albertville theo cấu hình có hệ thống điều khiển, có các ưu điểm sau:

• Các mạch điện đến Albertville vẫn hoạt động khi ngắt mạch các máy biến áp dịch pha.
• Các mạch điện 380 kV vận hành bình thường khi các máy biến áp dịch pha ở chế độ chờ.
• Có thể đưa máy biến áp dịch pha vào mạch điện, đưa máy biến áp dịch pha về chế độ chờ và ngắt mạch máy biến áp dịch pha mà không làm gián đoạn vận hành các đường dây truyền tải.

Máy biến áp dịch pha có trở kháng ngắn mạch ở điện áp danh định trong khoảng từ 11% đến 13,5%. Khi máy đang làm việc, trở kháng nội bộ có xu hướng giảm công suất truyền tải của đường dây truyền tải điện, đây là một hiệu ứng ngược với yêu cầu đặt ra trong tình huống sau sự cố ở đó công suất tăng lên để giảm quá tải các mạch điện song song. Tuy nhiên có thể tránh được điều này bằng cách đưa máy biến áp dịch pha về vị trí “zero” tương đương trước khi mở mạch nhánh. Vị trí “zero” tương đương có nghĩa là độ sụt áp do dòng tải xấp xỉ bằng điện áp các cuộn dây nối tiếp của máy biến áp dịch pha bơm vào.

Bảng 1. Yêu cầu kỹ thuật của máy biến áp dịch pha

Trình tự chuyển mạch máy biến áp dịch pha để đạt được chế độ vận hành này có thể thực hiện bằng tay hoặc theo trình tự lệnh tự động hoá. Các vị trí đầu trích “zero” tương đương là hàm của dòng điện tải được đặt trong hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu (SCADA); vị trí hãm này của bộ điều chỉnh điện áp có thể đặt ở một giá trị sao cho đạt tới vị trí “zero” tương đương trong khoảng thời gian ngắn nhất.

Bảo trì máy biến áp dịch pha tương tự như đối với các máy biến áp 400 kV ở vị trí chiến lược. Việc bảo trì máy biến áp dịch pha phải tuân thủ qui trình tiêu chuẩn của cơ quan vận hành hệ thống truyền tải điện của Italia (công ty Terna). Nhằm hỗ trợ cho việc lập kế hoạch bảo trì và sớm có được những chỉ số về sự cố phôi thai ở hai máy biến áp dịch pha và hai máy biến áp 400 kV lắp đặt tại trạm biến áp Rondissone, mỗi tổ hợp được trang bị một hệ thống điều khiển điện tử máy biến áp (transformer electronic control – TEC) và một hệ thống theo dõi sứ xuyên. Các dữ liệu từ hệ thống điều khiển điện tử máy biến áp  được truyền qua cáp quang tới máy chủ sử dụng chung tại trạm biến áp. Các dữ liệu từ hệ thống điều khiển điện tử máy biến áp và hệ thống theo dõi sứ xuyên có thể được đánh giá từ xa qua mạng nội bộ, nhờ sử dụng các trình duyệt Internet tiêu chuẩn.

Kinh nghiệm vận hành

Có hai điều kiện vận hành chính đòi hỏi sử dụng máy biến áp dịch pha tại trạm biến áp Rondissone hiện đang được áp dụng tại Trung tâm điều độ quốc gia của cơ quan vận hành hệ thống truyền tải Italia. Đó là:

• Hành động dự phòng đối với phân bố không cân bằng dòng công suất

Máy biến áp dịch pha phân bố lại dòng công suất trên mạch kết nối phía bắc trong điều kiện lưới điện đã kết mạch hoàn toàn, mục tiêu là duy trì các điều kiện vận hành an toàn.

• Hành động xử lý các tình huống sau sự cố

Máy biến áp dịch pha được kích hoạt trong trường hợp tác động cắt một trong các mạch liên kết 380 kV giữa Italia và Thuỵ Sĩ hoặc trong trường hợp tác động cắt mạch liên kết 380 kV Venaus-Villarodin giữa Italia và Pháp. Trong trường hợp đầu, máy biến áp dịch pha được đưa vào vận hành để tăng dòng công suất từ Pháp sang Italia qua đường dây truyền tải 380 kV mạch kép Rondissone-Albertville nhằm khôi phục an ninh hệ thống trên các mạch liên kết phía bắc. Trong trường hợp sau, máy biến áp dịch pha trạm Rondissone vận hành góp phần giảm nhẹ những nhược điểm về an toàn trên lưới điện 220 kV vùng tây bắc Italia.

Bảng 2. Dữ liệu kỹ thuật của máy biến áp dịch pha tại trạm biến áp Rondissone

Máy biến áp dịch pha cũng được sử dụng cho các tình huống khác, cụ thể như điều chỉnh dòng công suất trên các mạch liên kết khi các mạch điện không khả dụng và trong thời gian tiến hành bảo trì theo kế hoạch và ngoài kế hoạch hệ thống truyền tải.

Đường dây truyền tải điện 380 kV phía Đông - Bắc (Italia)

Việc vận hành mới đây các máy biến áp dịch pha tại trạm Rondissone cho thấy cơ quan vận hành hệ thống truyền tải các nước láng giềng cần phải phối hợp trong việc sử dụng máy biến áp dịch pha. Các cơ quan vận hành hệ thống truyền tải của Pháp và Italia đã xây dựng qui trình chung về quản lý hai máy biến áp dịch pha lắp đặt tại trạm Rondissone và máy biến áp dịch pha lắp đặt tại trạm La Praz (Pháp) điều khiển dòng công suất trên trục 380 kV còn lại giữa Pháp và Italia (tức là đường dây trên không Venaus-Villarodin). Trên thực tế, đường dây kết nối 380 kV này đi sát cạnh đó có thể gây tác động trực tiếp và ngược lại lên các mạch trong trường hợp có sự thay đổi ngoài tầm kiểm soát các đầu trích máy biến áp dịch pha ở hai mạch này.

Hơn nữa, do nhu cầu nâng cao quản lý đường dây 220 kV từ Trinite Victor (Pháp) tới Camporosso (Italia) là mạch kết nối Pháp – Italia và chịu ảnh hưởng của dòng công suất trên đường mạch kết nối 380 kV, nên để lắp đặt mới một máy biến áp dịch pha trên trục này, năm 2007, Terna và RTE (cơ quan vận hành hệ thống truyền tải điện Pháp) đã tiến hành nghiên cứu chung về vấn đề này. Kết quả là đã đấu thầu và trao hợp đồng chế tạo và lắp đặt một máy biến áp dịch pha, sẽ được bàn giao vào năm 2012 tại trạm biến áp Camporosso. Máy biến áp dịch pha này sẽ nâng cao an ninh cung cấp điện cho cả hai phía và hỗ trợ trao đổi điện năng qua biên giới.

Mạng lưới điện châu Âu của các cơ quan vận hành hệ thống truyền tải

Trong thị trường điện châu Âu phi điều tiết, việc mua bán điện năng vượt qua các khoảng cách lớn, cộng với việc lắp đặt các nguồn điện mới tạo nên các đặc tính mới của dòng phụ tải, thách thức công suất và an ninh của các hệ thống truyền tải kết nối hiện có. Có thể lắp đặt máy biến áp dịch pha trên đường dây truyền tải có dư dao cách ly đối với các ứng dụng ít đòi hỏi hơn, hoặc có đường rẽ nhánh và hai đến ba máy cắt điện bổ sung trong các tình huống đòi hỏi tính linh hoạt và bảo vệ. Việc thiết kế và lắp đặt các máy biến áp dịch pha tại trạm biến áp Rondissone gần Turin là ví dụ rất hay về ứng dụng trên hệ thống truyền tải chiến lược quan trọng, nhờ đó nâng cao an ninh cung cấp điện cho Italia từ mạng lưới điện châu Âu của các cơ quan vận hành hệ thống truyền tải.

(Theo: KHCN số 5/2010)