Nghiên cứu đề xuất các giải pháp cung cấp điện ổn định và an toàn cho các mỏ than hầm lò quảng ninh đáp ứng yêu cầu cơ giới hóa, hiện đại hóa ngành than giai đoạn 2008 2025

LIÊN HIỆP CÁC HỘI KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT VIỆT NAM
HỘI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MỎ VIỆT NAM
&&&









BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI CẤP BỘ

NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP CUNG CẤP ĐIỆN
ỔN ĐỊNH VÀ AN TOÀN CHO CÁC MỎ THAN HẦM LÒ
QUẢNG NINH ĐÁP ỨNG YÊU CẦU CƠ GIỚI HÓA,
HIỆN ĐẠI HÓA NGÀNH THAN GIAI ĐOẠN 2008-2025

7634
29/01/2010



Hà Nội - 12/2009

LIÊN HIỆP CÁC HỘI KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT VIỆT NAM
HỘI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MỎ VIỆT NAM
&&&









BÁO CÁO TỔNG KẾT
NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP CUNG CẤP ĐIỆN
ỔN ĐỊNH VÀ AN TOÀN CHO CÁC MỎ THAN HẦM LÒ
QUẢNG NINH ĐÁP ỨNG YÊU CẦU CƠ GIỚI HÓA,
HIỆN ĐẠI HÓA NGÀNH THAN GIAI ĐOẠN 2008-2025





Cấp quản lý đề tài: Bộ Công Thương

Đơn vị thực hiện: Hội Khoa học và Công nghệ Mỏ Việt Nam
Chủ nhiệm đề tài: TS. Đào Đắc Tạo



Hà Nội, ngày tháng 12 năm 2009
KT CHỦ TỊCH,
Phó Chủ tịch kiêm Tổng Thư ký






TSKH. ĐINH NGỌC ĐĂNG









Những người thực hiện đề tài:



1. TS. Đào Đắc Tuyên Chi Hội Trường Đại học Mỏ - Địa chất
2. TS. Trần Minh Chi Hội Viện Khoa Học Công Nghệ Mỏ

3. KS. Vũ Thế Nam Chi Hội Viện Khoa Học Công Nghệ Mỏ
4. KS. Phạm Thanh Liêm Chi Hội Viện Khoa Học Công Nghệ Mỏ
5. KS. Vũ Tuấn Anh Chi Hội Viện Khoa Học Công Nghệ Mỏ
6. KS. Lưu Quang Vũ Chi Hội Viện Khoa Học Công Nghệ Mỏ
7. KS. Lê Tiến Đạt Chi Hội Việ
n Khoa Học Công Nghệ Mỏ
8. KS. Đào Nguyên Anh Chi Hội Trường Đại học Mỏ - Địa chất
9. ThS. Trần Phi Linh Chi Hội TĐ CN Than - KS Việt Nam
10. ThS. Đinh Hữu Quyết Chi Hội TĐ CN Than - KS Việt Nam

Các cơ quan phối hợp thực hiện:


1. Chi Hội Khoa học Công nghệ Mỏ; Viện Khoa học Công nghệ Mỏ;
2. Chi Hội Khoa học Công nghệ Mỏ; Tập đoàn Công nghiệp TKV;
3. Chi Hội Khoa học Công nghệ Mỏ; Trường Đại học Mỏ - Địa chất;
4. Chi Hội Khoa học Công nghệ Mỏ các đơn vị thành viên TKV;


MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1
CHƯƠNG I. SỰ CẦN THIẾT CỦA VIỆC CUNG CẤP ĐIỆN ỔN ĐỊNH,
AN TOÀN VÀ HIỆU QUẢ PHÙ HỢP VỚI ĐIỀU KIỆN CỦA CÁC XÍ
NGHIỆP MỎ
3
I. Ảnh hưởng của chất lượng điện năng đến sự làm việc của thiết bị trong
các dây chuyền công nghệ
3
II. Các chỉ tiêu yêu cầu về chất lượng điện n

ăng ở Việt Nam 11
III. Các chỉ tiêu yêu cầu về chất lượng điện năng ở nước ngoài 14
CHƯƠNG II. PHƯƠNG PHÁP LUẬN PHỤC VỤ CHO VIỆC KHẢO SÁT,
ĐIỀU TRA THỰC TRẠNG CUNG CẤP, TIÊU THỤ VÀ SỬ DỤNG ĐIỆN
NĂNG TRONG CÁC MỎ HẦM LÒ QUẢNG NINH
17

I. Cơ sở khoa học của việc xây dựng phương pháp luận phục vụ cho việc
khảo sát, đi
ều tra thực trạng tiêu thụ và sử dụng điện năng trong các xí
nghiệp mỏ
17
II. Phương pháp xác định các chỉ tiêu chất lượng điện năng 22
CHƯƠNG III. HIỆN TRẠNG TÌNH HÌNH SẢN XUẤT, CUNG CẤP, TIÊU
THỤ VÀ SỬ DỤNG ĐIỆN NĂNG TRONG CÁC XÍ NGHIỆP MỎ KHU
VỰC QUẢNG NINH
26
I. Hiện trạng tài nguyên và trữ lượng than 26
II. Khái quát hiện trạng sản xuất của ngành Than Việt Nam 27
III. Hệ
thống cung cấp điện cho các xí nghiệp mỏ khu vực Quảng Ninh 29
CHƯƠNG IV. ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG CUNG CẤP ĐIỆN CHO CÁC
MỎ THAN HẦM LÒ KHU VỰC QUẢNG NINH
46
I. Xác định các chỉ tiêu chất lượng bằng phương pháp đo thực nghiệm 46
II. Đánh giá các chỉ tiêu chất lượng cung cấp điện bằng mô hình toán 47
III Đánh giá hiện trạng mạng cung cấp điện của một số khu vực m
ỏ điển
hình khu vực Quảng Ninh
51

CHƯƠNG V. NHU CẦU SẢN LƯỢNG, MỨC ĐỘ CƠ GIỚI HÓA VÀ GIA
TĂNG PHỤ TẢI CỦA NGÀNH THAN VIỆT NAM TRONG GIAI ĐOẠN
ĐẾN 2025

62
I. Dự báo nhu cầu than 62
II. Quy hoạch phát triển ngành Than Việt nam giai đoạn đến 2015, định
hướng đến 2025
63


III. Nhu cầu gia tăng phụ tải phù hợp với yêu cầu quy hoạch phát triển
ngành Than Việt nam đến 2015, định hướng đến 2025
67
CHƯƠNG VI. ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP CUNG CẤP ĐIỆN ỔN ĐỊNH
VÀ AN TOÀN TRONG ĐIỀU KIỆN GIA TĂNG SẢN LƯỢNG
80

I. Nguồn và lưới điện trong các khu vực mỏ 80
II. Cấp điện áp danh định cho các phụ tải mỏ 80
III. Phân loại các phụ tả
i mỏ theo tiêu chí liên tục cung cấp điện 82
IV. Sơ đồ cung cấp điện cho các mỏ than hầm lò 84
V. Sử dụng cấp điện áp hợp lý cho các phụ tải mỏ 86
VI. Sử dụng hợp lý các bộ biến tần và khởi động mềm cho hệ truyền động
máy mỏ
91
VII. Sử dụng các giải pháp đảm bảo an toàn trong cung cấp và sử dụng điện
năng
93

KẾ
T LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 95
TÀI LIỆU THAM KHẢO 97
PHỤ LỤC I. Tổng hợp tiêu thụ điện năng trong Tập đoàn Công nghiệp Than -
Khoáng sản Việt Nam

PHỤ LỤC II. Tổng hợp kết quả tính toán các chỉ tiêu cung cấp điện cho các
đơn vị điển hình trong Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam

PHỤ LỤC III. Tổng hợp kết quả đo thực nghiệm xác đị
nh các chỉ tiêu cung
cấp điện cho các đơn vị điển hình trong đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản
Việt Nam



Nghiên cứu đề xuất các giải pháp cung cấp điện ổn định và an toàn cho các mỏ hầm lò Quảng Ninh

Hội Khoa học và Công nghệ Mỏ Việt Nam


1


LỜI NÓI ĐẦU
Cung cấp điện năng đảm bảo các chỉ tiêu chất lượng để đáp ứng yêu cầu
công nghệ của các hộ tiêu thụ, nhằm giúp họ xuất xưởng những sản phẩm có chất
lượng cao, giá thành hạ là một yêu cầu cấp thiết và được hầu hết các nước công
nghiệp phát triển quan tâm từ những năm 50 - 60 của thế kỷ trước. Đó cũng là cơ
sở

để các hộ tiêu thụ đưa ra các giải pháp sử dụng điện năng nói riêng và năng
lượng nói chung tiết kiệm và hiệu quả, được đa số các nước trên thế giới lựa
chọn ưu tiên để thực hiện “Chiến lược phát triển bền vững” trong giai đoạn hiện
nay.
Ngành công nghiệp mỏ trên thế giới là một trong những ngành có quá trình
phát triển lịch sử lâu đời nhất. Trải qua kho
ảng thời gian dài đó họ đã đúc kết
được nhiều kinh nghiệm, nghiên cứu và đề ra những yêu cầu kỹ thuật, tiêu chuẩn
hóa việc cung cấp điện năng, đòi hỏi các cơ sở cung cấp điện năng cho các xí
nghiệp mỏ phải đáp ứng.
Ở nước ta, than hiện vẫn là nguồn năng lượng chiếm tỷ trọng khá lớn trong
tổng số các dạng n
ăng lượng cung cấp cho nền kinh tế. Bể than Quảng Ninh hàng
năm cung cấp tới 90% sản lượng than khai thác và trong 10 ÷ 15 năm tới đây vẫn
là nguồn cung cấp chủ yếu cho nền kinh tế Quốc dân và góp phần đáng kể trong
kim ngạch xuất khẩu. Vì vậy, về phía mình ngành Than cũng được các ngành
khác thỏa mãn các nhu cầu, đặc biệt là cung cấp điện năng - nguồn năng lượng
chính để các máy móc, thiết bị, phục v
ụ cho các dây chuyền khai thác, đào lò,
vận tải, sàng tuyển, chế biến than có thể hoạt động hiệu quả, đáp ứng cho các yêu
cầu của công nghệ. Trong giai đoạn hiện nay cũng như những năm tới đây khi
ngành than được tăng cường cơ giới hóa và hiện đại hóa với nhịp độ cao thì vấn
đề cung cấp điện ổn định và an toàn càng cần được quan tâm hơn bao giờ hết.
Tuy nhiên, mạng lưới cung cấp điện cho khu vực Quảng Ninh phần lớn đã
được xây dựng từ 40 - 50 năm trước đây, nhiều khu vực ở trong tình trạng cũ
nát, không đáp ứng được các chỉ tiêu kỹ thuật về cung cấp điện, nhất là cho các
mỏ than hầm lò. Việc sử dụng điện năng cũng còn nhiều điều bất cập, tổn thất
đi
ện năng còn cao , cường độ năng lượng (mức tiêu hao năng lượng để sản xuất
ra 1 đơn vị giá trị - kgOE/đồng; kWh/T than khai thác) cũng ở mức cao hơn

nhiều nước trên thế giới và trong khu vực. Điều này chắc chắn là không thể đáp
ứng với yêu cầu tăng cường sản lượng với nhịp độ cao của ngành Than trong
Nghiên cứu đề xuất các giải pháp cung cấp điện ổn định và an toàn cho các mỏ hầm lò Quảng Ninh

Hội Khoa học và Công nghệ Mỏ Việt Nam


2
những năm tới đây, như đã vạch ra trong “Chiến lược phát triển ngành than từ
nay đến 2015, định hướng đến 2025”, nhất là trong bối cảnh hiện có nhiều mỏ
than lộ thiên đã trở nên cạn kiệt và ngành Than đã phải tiến hành mở thêm các
mỏ và khu khai thác mới, tăng cường khai thác các mỏ than hầm lò, đi sâu vào
lòng đất với điều kiện địa chất mỏ ngày càng phức tạp, xuất hi
ện ngày càng
nhiều hơn các mối hiểm họa về nguy hiểm nổ khí, bục nước và xập đổ đất đá bất
ngờ, đe dọa gây nên những hậu quả nghiêm trọng, làm thiệt hại nhiều tài sản và
sinh mạng của người lao động. Do vậy, việc triển khai “Nghiên cứu đề xuất các
giải pháp cung cấp điện ổn định và an toàn cho các mỏ than hầm lò Quảng Ninh
đáp ứng yêu cầ
u cơ giới hóa, hiện đại hóa ngành Than giai đoạn 2008-2025”
thực sự là một nhu cầu cấp thiết.

Nghiên cứu đề xuất các giải pháp cung cấp điện ổn định và an toàn cho các mỏ hầm lò Quảng Ninh

Hội Khoa học và Công nghệ Mỏ Việt Nam


3

CHƯƠNG I
SỰ CẦN THIẾT CỦA VIỆC CUNG CẤP ĐIỆN ỔN ĐỊNH,
AN TOÀN VÀ HIỆU QUẢ PHÙ HỢP VỚI ĐIỀU KIỆN
CỦA CÁC XÍ NGHIỆP MỎ

I. Ảnh hưởng của chất lượng điện năng đến sự làm việc của thiết bị trong
các dây chuyền công nghệ
Các chỉ tiêu chất lượng cung cấp điện lệch khỏi các giá trị danh định có ảnh
hưởng rất lớn đến sự làm việc của các thiết bị điện trong các xí nghiệp công

nghiệp nói chung cũng như ngành mỏ nói riêng, gây nên những thiệt hại kinh tế
trong các dây chuyền công nghệ (năng suất, chất lượng sản phẩm, tai nạn lao
động…) mà đôi khi chúng ta không nhận thấy được.
1). Sự ảnh hưở
ng của độ lệch điện áp
Nguyên nhân làm cho điện áp lệch ra khỏi các giá trị định mức là do trong
mạng phụ tải có các thiết bị điện thường xuyên phải làm việc ở chế độ có phụ tải
thay đổi đột ngột và kèm theo đó là công suất tiêu thụ (chủ yếu là công suất phản
kháng) cũng thường xuyên thay đổi. Các phụ tải điển hình này có rất nhiều trong
thực tế sản xuất, đó là:
• Các tr
ạm kéo cấp cho tầu điện mỏ;
• Các thiết bị thường xuyên phải làm việc ở chế độ đảo chiều liên tục (trục
tải, tời kéo, máy đẩy, các máy cán của phân xưởng cơ khí…)
• Các lò điện hồ quang trong các phân xưởng cơ khí;
• Các máy hàn điện tiếp xúc;
• Các bộ tụ điện.
9 Độ lệch điện áp có ảnh hưởng lớn
đến sự làm việc của động cơ không đồng
bộ ba pha, là phụ tải chủ yếu của các xí nghiệp công nghiệp. Đường đặc tính
cơ của động cơ không đồng bộ ba pha khi được cấp điện với điện áp định
mức và khi điện áp giảm đi được mô tả trên Hình 1.1.
Với mức độ chính xác nhất định có thể cho rằng mômen quay của động cơ tỉ

lệ thuận với bình phương điện áp trên cực của động cơ. Sự xuy giảm số vòng
quay của động cơ phụ thuộc vào sự thay đổi mômen tải Mc và tình trạng mang
tải của động cơ. Mối quan hệ giữa số vòng quay của động cơ và điện áp trên cực
động cơ được biểu diễn qua công thức:
Nghiên cứu đề xuất các giải pháp cung cấp điện ổn định và an toàn cho các mỏ hầm lò Quảng Ninh

Hội Khoa học và Công nghệ Mỏ Việt Nam


4
)1(
2
2
3 dm
dm
c
S
U
U
knn −= (1.1)
Ở đây: n
c
- tốc độ quay đồng bộ; k
3
- hệ số mang tải của động cơ;
U
dm
; S
dm
- giá trị định mức của điện áp và hệ số trượt của động cơ.

Hình 1.1. Đường đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ba pha khi được cấp
với điện áp định mức (M
1
) và khi điện áp giảm (M
2

).
Từ công thức (1.1) ta có thể thấy rõ ràng là nếu động cơ mang đầy tải thì khi
điện áp giảm, số vòng quay của động cơ cũng giảm theo. Khi điện áp trên cực
động cơ giảm quá mức, mômen cản của động cơ có thể vượt quá giá trị của
mômen quay, làm cho động cơ không thể quay được nữa. Nếu như không cắt ra
khỏi lưới, động cơ có thể bị cháy.
Điệ
n áp trên cực động cơ giảm làm cho điều kiện khởi động của động cơ
giảm đi đáng kể, vì mômen khởi động bị giảm đi. Người ta đã chứng minh là khi
điện áp trên cực động cơ giảm thì cường độ từ trường của cuộn dây stator cũng
giảm đi (đến 2 - 3% khi điện áp giảm 1%) và như vậy cùng với công suất tiêu thụ
như
trước thì dòng cũng phải tăng lên, làm cho cuộn dây bị nóng quá mức, cách
điện của cuộn dây sẽ bị giảm đi đáng kể và tuổi thọ của động cơ cũng bị giảm
theo. Điện áp có giá trị thấp làm tăng đáng kể công suất phản kháng tiêu tán trên
đường dây, trong các máy biến áp và các động cơ điện.
Khi điện áp trên cực động cơ tăng quá giá trị định mức thì tiêu hao công
suất phản kháng của động cơ cũng tăng. Trung bình nếu điện áp trên cực động cơ
tăng lên 1% thì công suất phản kháng tăng thêm từ 3% trở lên (chủ yếu do tăng
dòng không tải của động cơ). Điều này làm tăng tổn hao công suất hữu công
trong các thành phần của hệ thống cung cấp điện.
9 Các đèn sợi đốt có các thông số đặc trưng sau đây: Công suất tiêu th
ụ P
dm
;
quang thông của đèn F
dm
; hiệu suất của đèn η
dm
(tỉ số giữa quang thông và

Nghiên cứu đề xuất các giải pháp cung cấp điện ổn định và an toàn cho các mỏ hầm lò Quảng Ninh

Hội Khoa học và Công nghệ Mỏ Việt Nam


5
công suất tiêu thụ của đèn) và tuổi thọ của đèn T
dm
. Tất cả các chỉ số này
chịu ảnh hưởng rất lớn của giá trị điện áp cung cấp cho hệ thống chiếu sáng
(Hình 5.2). Khi điện áp cấp cho đèn tăng quá giá trị định mức, quang thông,
công suất và hiệu suất của đèn đều tăng nhưng tuổi thọ của đèn thì giảm đi
đáng kể, kèm theo đó là tổn thất điện năng tăng cao. Sự
dao động về điện áp
của hệ thống chiếu sáng cũng làm cho quang thông và độ rọi của đèn thay
đổi theo, ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất và sức khỏe của người lao động.
9 Đèn huỳnh quang ít chịu ảnh hưởng hơn đối với sự dao động của điện áp.
Khi điện áp tăng, công suất cũng như quang thông của đèn tăng, còn khi
điện áp giảm các giá trị trên cũng giảm. Tuy nhiên, khi điện áp giảm thì đèn
huỳnh quang rất khó khởi động và tuổi thọ của đèn phụ thuộc vào sự phóng
của các điện tử trong dây tóc đèn, giảm đi đáng kể khi điện áp đặt vào đèn
kể cả khi có giá trị cao và giá trị thấp. Khi điện áp của lưới chiếu sáng lệch
đi 10% thì tuổi thọ của
đèn huỳnh quang trung bình giảm đi từ 20 đến 25%.
Nhược điểm chính của đèn huỳnh quang là chúng tiêu thụ công suất phản
kháng mà công suất này càng tăng nếu điện áp của lưới chiếu sáng tăng.

Hình 1.2. Mối quan hệ giữa đặc tính của đèn phụ thuộc vào điện áp lưới

1 - công suất tiêu thụ; 2 - quang thông của đèn; 3 - hiệu suất đèn; 4 - tuổi thọ của

đèn;
9 Các bộ biến đổi là nguồn tiêu thụ công suất phản kháng (hệ số công suất của
các bộ biến đổi cho các máy công tác lớn thường là 0,3÷0,8). Điều này gây
nên sự dao động điện áp lớn trong lưới điện. Hệ số “không sin” của các bộ
biến đổi tiristor cho các máy công tác lớn có thể đạt tới giá trị trên 30%
trong lưới cấp điện áp đến 10 kV. Các bộ biến đổi thường có hệ th
ống tự
động điều chỉnh dòng một chiều nhờ bộ điều khiển pha. Khi điện áp của
Nghiên cứu đề xuất các giải pháp cung cấp điện ổn định và an toàn cho các mỏ hầm lò Quảng Ninh

Hội Khoa học và Công nghệ Mỏ Việt Nam


6
lưới tăng góc điều khiển của nó tự động tăng theo và tự động giảm đi khi
điện áp giảm. Khi điện áp tăng lên 1%, tiêu thụ công suất phản kháng của bộ
biến đổi tăng theo từ 1÷1,4%. Điều này làm cho hệ số công suất của lưới
điện giảm đi đáng kể.
9 Các lò điện rất nhạy cảm với sự dao
động điện áp. Khi điện áp của các lò
luyện giảm 7%, quá trình luyện thép phải kéo dài thêm hơn 1,5 lần. Còn khi
điện áp tăng thêm 5% thì tiêu hao điện năng lại tăng lên khá nhiều.
2). Ảnh hưởng của dao động điện áp

9 Các thiết bị nhạy cảm với sự dao động điện áp là các đèn sợi đốt và các thiết
bị điện tử. Sự dao động điện áp có tác động mạnh đến các thiết bị chiếu
sáng, gây hại tới thị giác con người. Sự nhấp nháy của nguồn sáng gây sự
khó chịu, mệt mỏi, ảnh hưởng đến năng suất lao động cũng như ti
ềm ẩn
nguy cơ gây tai nạn trong quá trình sản xuất. Các thực nghiệm về sinh lý đã

chứng minh rằng các tác động tiêu cực lên thị giác của con người khi đèn
chiếu sáng nhấp nháy với tần số từ 3÷10 hez. Do vậy, dao động điện áp cho
các mạng chiếu sáng trong nhiều tiêu chuẩn của các nước không được vượt
quá giá trị 0,5%. Nếu điện áp chiếu sáng dao động trên 10% thì các đèn
huỳnh quang không thể kích hoạt được.
9
Dao động điện áp làm cho các hệ thống điện tử, tự động hóa, thông tin liên
lạc, quan trắc, giám sát, máy tính… không thể hoạt động được bình thường,
gây tổn hại cho quá trình giám sát, điều hành sản xuất.
9 Điện áp dao động lớn hơn 15% ảnh hưởng rất lớn đến sự làm việc của các
động cơ không đồng bộ. Các cuộn hút giữ tiếp điểm của các rơle đ
iều khiển,
các attômat và khởi động từ cũng không giữ được, cản trở đến sự hoạt động
bình thường của máy móc thiết bị trong các dây chuyền sản xuất.
9 Khi 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.
3). Ảnh hưởng của sự mất đối xứng pha

Sự mất đối xứng pha thường do bố trí các phụ tải không cân. Do có mất đối
xứng mà điện áp của pha này tăng cao hơn giá trị danh định, còn các pha khác có
thể lại nằm dưới các giá trị này.
9 Sự mất đối xứng pha ảnh hưởng trực tiếp đến các phụ tải, điển hình nhất là
các động cơ không đồng bộ. Đối với các động cơ này thì điề
u đáng quan
tâm là giá trị điện áp thứ tự ngược của nó. Điện trở thứ tự ngược của động
cơ thường là xấp xỉ bằng với điện trở của động cơ khi hãm và có giá trị nhỏ
Nghiên cứu đề xuất các giải pháp cung cấp điện ổn định và an toàn cho các mỏ hầm lò Quảng Ninh

Hội Khoa học và Công nghệ Mỏ Việt Nam

7
hơn điện trở thứ tự thuận từ 5÷8 lần. Do vậy mà sự mất đối xứng không lớn
về điện áp cũng gây nên sự xuất hiện một dòng thứ tự ngược khá lớn. Dòng
thứ tự ngược chồng lên dòng thứ tự thuận sẽ gây nên sự phát nhiệt bổ sung
cho stator và rôtor của động cơ, làm cho cách điện của động cơ chóng bị lão
hóa, làm giảm hi
ệu suất của động cơ. 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%.
9 Sự mất đố
i xứng pha cũng gây nên tổn hao công suất và phát nhiệt trong
stator và rôtor, ảnh hưởng trực tiếp đến sự làm việc của các động cơ đồng
bộ, có thể gây nên các rung lắc nguy hiểm cho động cơ, gây nên các mômen
quay có giá trị thay đổi và lực văng theo phương tiếp tuyến với tần số dao
động cao. Nếu có sự mất đối xứng lớn, sự rung lắc có thể nguy hiểm cho
động cơ, nhất là dễ bị hư
hỏng các mối hàn. “Quy phạm kỹ thuật vận hành
trạm mạng điện” của CHLB Nga quy định rằng “Các máy phát và các máy
bù đồng bộ chỉ được phép làm việc lâu dài nếu như dòng trong mạch stator
của chúng không vượt quá giá trị định mức 10%, trong trường hợp dòng
trong các pha khác không vượt quá giá trị định mức”.
9 Sự xuất hiện dòng thứ tự ngược và thứ tự không cũng sẽ gây nên sự tăng
tổng dòng trong các pha của l
ưới. Điều này làm tăng tổn hao công suất hữu
công và cũng gây phát nhiệt quá mức. Dòng thứ tự không cũng thường chạy
trong mạch tiếp đất, làm cho điện trở tiếp đất tăng lên do bị dòng này sấy
khô, có thể gây nên mất an toàn điện giật hoặc sự hoạt động không chính
xác của các bảo vệ, các thiết bị thông tin liên lạc và điều khiển từ xa.

9 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.
9 Khi điện áp mất đối xứng các tụ bù sẽ tiêu thụ công su
ất vô công ở các pha
không đều nhau. Do vậy mà tụ điện không được 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 củ
a lưới). Sự mất đối xứng pha ảnh hưởng
rất lớn đến các phụ tải một pha, các phụ tải điển hình trong trường hợp này
là các đèn chiếu sáng, các thiết bị bảo vệ, hệ thống rơle và đo lường.
Nghiên cứu đề xuất các giải pháp cung cấp điện ổn định và an toàn cho các mỏ hầm lò Quảng Ninh

Hội Khoa học và Công nghệ Mỏ Việt Nam


8
4). Sự ảnh hưởng của điện áp “không sin”
Nguyên nhân làm cho điện áp có độ lệch “không sin” là do trong mạng có
sử dụng các bộ biến đổi chỉnh lưu, các bộ biến đổi tiristor, các lò điện hồ quang
và lò cảm ứng, các đèn huỳnh quang, các máy hàn điện tiếp xúc và hàn hồ quang,
các bộ biến đổi tần số, các thiết bị văn phòng và dân dụng khác (máy tính, vô
tuyến truyền hình.v.v…). Trong quá trình vận hành các thiết bị này tiêu hao một
lượng điện năng để thực hi
ện một công có ích, bù đắp các tổn hao, đồng thời
chúng cũng sản sinh ra các sóng hài bậc cao truyền vào lưới phân phối.

Nhìn chung thì các thiết bị điện có đặc tính Von - Amper không tuyến tính
được coi là nguồn sóng hài bậc cao, tác động lên nguồn điện áp hình sin. Các
sóng hài bậc cao khi đi qua các phần tử của lưới gây nên tổn hao điện áp trên các
phần tử này, chồng lên các điện áp cơ bản hình sin, gây nên sự biến dạng sin điện
áp trong lưới. Các chỉ tiêu ch
ất lượng của nguồn cấp điện chịu tác động rất lớn
của các bộ biến đổi công suất lớn, thành phần sóng hài bậc cao của dòng và áp
trong lưới được xác định theo công thức:
n = mk ± 1 (1.2)
Ở đây: m – số pha của bộ biến đổi;
k - chuỗi liên tục của các số tự nhiên (0,1,2,3…);
Phụ thuộc vào sơ đồ của bộ biế
n đổi mà chúng có thể phát lên lưới các sóng
hài bậc cao khác nhau.
9 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 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 ph
ần tử này phụ thuộc vào
tần số.
9 Các bộ tụ điện lắp đặt trong mạng để bù công suất phản kháng có dung
lượng giảm đi khi điện áp có tần số cao hơn, vì khi điện áp có sóng hài bậc
cao thì điện trở của tụ điện giảm đi đáng kể. Chính vì vậy mà ở các xí
nghiệp có các phụ tải không tuyến tính các cụm tụ bù làm việc v
ới hiệu quả
rất thấp, gây nên sự tác động nhầm của các bảo vệ quá dòng hoặc gây nên
hư hỏng cách điện, làm phồng các bình chứa tụ điện. Người ta cũng ghi
nhận trong mạng 6-10 kV, các cụm tụ bù thường phải làm việc ở chế độ
cộng hưởng dòng (hoặc là gần như vậy) ở một tần số nào đó của sóng hài,
gây cho chúng bị quá tải theo dòng.

Nghiên cứu đề xuất các giải pháp cung cấp điện ổn định và an toàn cho các mỏ hầm lò Quảng Ninh

Hội Khoa học và Công nghệ Mỏ Việt Nam


9
Tiêu chuẩn GOST13109-97 của CHLB Nga quy định “Đường cong điện áp
cung cấp cho thiết bị điện không được phép chứa những sóng hài bậc cao khi hệ
thống làm việc ở chế độ xác lập”.
5). Sự ảnh hưởng của dao động tần số
Một loạt nước có các tiêu chuẩn với yêu cầu rất khắt khe đối với sự dao
động tần số của lưới cung cấp điện, bởi chúng có ảnh hưởng rất lớn đến sự làm
việc của thiết bị điện trong hệ thống, đặc biệt là đối với các quá trình công nghệ
và các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của thiết bị trong các xí nghiệp công nghiệp. 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 rằng - nếu như tần số giảm đi 1% (0,5 hez) thì lượng tổn hao công
suất trong mạng sẽ là 2%.
Do sự dao động của tần số mà sự thiệt hại mang lại cho chất lượng sản
ph
ẩm trong dây chuyền công nghệ của xí nghiệp nhiều khi còn lớn hơn nhiều, so
với những tổn hao kể trên. Phân tích các dây chuyền công nghệ có tính chất liên
tục của các xí nghiệp, người ta thấy rõ nhất sự ảnh hưởng của tần số tới sự làm
việc của các thiết bị có hệ truyền động là các động cơ không đồng bộ ba pha. Các
động cơ này có tốc độ quay của rôtor tỉ lệ thuận v
ới tần số của mạng cung cấp
điện và năng suất của dây chuyền công nghệ thì lại phụ thuộc vào tốc độ quay
của các động cơ này.
Người ta biểu diễn mức độ ảnh hưởng của tần số nguồn điện đến năng suất

của các máy móc thiết bị qua công thức tiêu thụ công suất hữu công của chúng
như sau:
P = af
n
(1.3)
Ở đây: a – hệ số tỉ lệ, phụ thuộc vào dạng thiết bị;
f – tần số lưới điện; n – chỉ số mũ;
Phụ thuộc vào giá trị của “n”, thiết bị điện được phân chia ra các nhóm:
∗ nhóm thiết bị có mômen dạng quạt gió như các máy bơm ly tâm, các quạt
thông gió trong các xí nghiệp mỏ, các quạt hút khói trong các nhà máy điện,
các lò cao.v.v…; chúng có n = 3;
∗ nhóm thiết bị có mômen cản cao như các máy bơm ly tâm của trạm bơm
trung tâm có chiều cao đẩy của cột nước lớn trong các mỏ hầm lò, từ đáy
mỏ lộ thiên, có n = 3,5÷4, chịu ảnh hưởng rất lớn của dao động tần số.
Dao động tần số của điện áp có ảnh hưởng rõ rệt nhất đối với các thiết bị
điện tử. Dao động tầ
n số quá +0,1 hez đã làm cho các tín hiệu của các màn hình
Nghiên cứu đề xuất các giải pháp cung cấp điện ổn định và an toàn cho các mỏ hầm lò Quảng Ninh

Hội Khoa học và Công nghệ Mỏ Việt Nam


10
mônitor, camera theo dõi, màn hình vô tuyến bị méo đi rõ rệt. Tần số ở trong
khoảng từ 49,5÷49,9 hez làm cho tín hiệu trên màn hình biến dạng đến 4 lần so
với tín hiệu chuẩn. Tần số ở giới hạn <49,5 hez thì hầu hết các thiết bị thu phát
tín hiệu trong tổ hợp thiết bị hoàn toàn không thể làm việc được.

Tần số thấp trong mạng cung cấp điện cũng có ảnh hưởng rất lớn đến tuổi
thọ của thiết bị có cấu tạo bằng các vật liệu sắt từ như là các động cơ, máy biến

áp, các cuộn cảm… do sự tăng cao của dòng từ hóa, làm tăng sự nung nóng của
các phần tử điện từ.
6). Sự ảnh hưởng của các nhiễu điện từ
Trong mạng cung cấp điện có khá nhiều thiết bị chịu sự tác động của các
nhiễu điện từ như các thiết bị điện tử, các hệ thống điều khiển vi xử lý, vi điện tử,
các mạch vi xử lý trong các máy tính điện tử và chính các thiết bị này cũng gây
nên nhiễu cho các thiết bị trong hệ thống. Kết quả là chúng có thể làm tăng thêm
sự
tác động nhầm lẫn của thiết bị điều khiển và bảo vệ. Nguyên nhân của sự tác
động nhầm lẫn này là do sự ảnh hưởng của quá trình quá độ của nhiễu điện từ,
xuất hiện trong mạng cung cấp điện. Các quá trình này có độ dài từ một vài chu
kỳ của dòng điện có tần số công nghiệp đến một vài giây và dải tần số nhiễu có
thể
đến vài chục mêgahez.
Quá trình quá độ của nhiễu điện từ kéo theo đó là sự xụt giảm điện áp
thường xuất hiện khi có ngắn mạch một pha hoặc của các pha với nhau, đôi khi
do tác dụng của dông sét cũng như do các phụ tải và tụ điện bù cắt ra khỏi lưới.
Người ta đã thống kê thấy có đến 55÷60 % lưới phân phối chịu tác động của
nhiễu đ
iện từ gây nên sự xuy hao điện áp đến 20% và có đến 60% trường hợp
thiết bị phải ngừng hoạt động do điện áp giảm xuống quá 20%. Các thiết bị điện
tử, tự động hóa và máy tính hết sức nhạy cảm với các dao động này vì các đường
đặc tính biên độ - tần số của chúng phụ thuộc rất nhiều vào các đặc tính biên độ -
tần số của mạng cung cấ
p điện.
Nguyên nhân của sự xuất hiện các nhiễu điện từ trong hệ thống cung cấp
điện có thể do sự quá điện áp khi xuất hiện hiện tượng chạm đất một pha, khi
đóng cắt các tụ bù và các phin lọc cộng hưởng, khi cắt điện các đường cáp và
máy biến áp non tải, khi đồng thời đóng cắt tiếp điểm của các cầu dao, khởi động
từ, bộ khống chế cũng như một loạt các nguyên nhân khác gây nên hiện tượng

cộng hưởng sắt từ trong hệ thống cung cấp điện.
Như vậy là chính nhu cầu phát triển phụ tải ngày càng cao trong hệ thống
điện phục vụ cho phát triển sản xuất làm cho độ tin cậy cung cấp điện của toàn
Nghiên cứu đề xuất các giải pháp cung cấp điện ổn định và an toàn cho các mỏ hầm lò Quảng Ninh

Hội Khoa học và Công nghệ Mỏ Việt Nam


11
hệ thống bị giảm đi đáng kể, làm tăng thêm xác suất xuất hiện các trường hợp
ngừng cung cấp điện, các trường hợp sự cố ngoài ý muốn của con người, ảnh
hưởng đến hiệu quả của sản xuất.
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 su
ất của máy móc thiết bị, đến tuổi
thọ của thiết bị. Chất lượng điện năng không đảm bảo còn có khả năng gây nên
các sự cố liên hoàn, gây nên sự tác động nhầm lẫn của các 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 k
ết quả là xác suất xuất hiện hư
hỏng cũng tăng lên theo gây nên những hậu quả không lường trước được.

II. Các chỉ tiêu yêu cầu về chất lượng điện năng ở Việt Nam

Chất lượng điện năng đã được những người làm công tác năng lượng Việt
Nam quan tâm từ những năm 80 của thế kỷ trước. Trải qua những năm chiến
tranh kéo dài, những năm cuối của thế kỷ 20 – giai đoạn khôi phục và xây dựng,
ngành điện mới chỉ cố gắng đáp ứng đủ nhu cầu cung cấp điện cho các hộ tiêu
thụ
, chúng ta chưa thể đòi hỏi ngành điện phải đáp ứng ngay cho các hộ tiêu thụ

điện năng có 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 mục tiêu phấn đấu
của ngành điện nhằm hướng tới những mục tiêu này, đó là:
1). Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 3971-84
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”. Trong đó quy định:
Điều 2.1. Chỉ tiêu chất lượng điện năng cho thiết bị
tiêu thụ điện bao gồm:
a). Độ lệch tần số, độ lệch điện áp khi cung cấp điện từ lưới điện một pha;
b). Độ lệch tần số, độ lệch điện áp, sự dịch chuyển trung tính ở tần số cơ bản
khi cung cấp điện từ lưới ba pha.
Điều 3.1. Độ lệch tần số cho phép so với t
ần số danh định trong chế độ làm việc
bình thường phải nằm trong phạm vi ±0,5 hez;
Điều 3.2. Độ lệch điện áp cho phép đối với các thiết bị chiếu sáng nằm trong giới
hạn -10%÷5% so với điện áp danh định. Đối với các thiết bị tiêu thụ điện
khác, độ lệch điện áp cho phép nằm trong giới hạn ±8% so với điện áp danh
định.
Nghiên cứu đề xuất các giải pháp cung cấp điện ổn định và an toàn cho các mỏ hầm lò Quảng Ninh

Hội Khoa học và Công nghệ Mỏ Việt Nam


12
2). Nghị định số 45/2001/NĐ-CP của Chính phủ
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”. Trong đó quy định:
Điều 17. Tổ chức, cá nhân sản xuất điện có nghĩa vụ:

1). Thực hiện các nội dung ghi trong giấy phép đầu tư hoặc quyết định đầu tư,
giấy phép hoạt động điện lực và các giấy phép khác theo quy định củ
a pháp
luật;
2). Thực hiện đầy đủ các thỏa thuận trong hợp đồng đã ký với bên mua điện,
hợp đồng với đơn vị truyền tải, các bên có liên quan khác và các quy định
của Trung tâm Điều độ hệ thống điện Quốc gia;
3). Bảo đảm sản xuất điện ổn định, an toàn và chất lượng điện năng;
4). Bảo đảm các tiêu chuẩn bảo v
ệ môi trường theo quy định của pháp luật;
5). Chịu sự kiểm tra, giám sát của các cơ quan quản lý nhà nước theo quy định
của pháp luật;
6). Thực hiện các nghĩa vụ khác theo quy định của pháp luật.
Điều 31. Bên bán phải đảm bảo chất lượng điện năng cung cấp cho bên mua theo
quy định sau:
1). Về điện áp: Trong điều kiện bình thường, điện áp được phép dao động trong
khoảng ±5 % so v
ới điện áp danh định và được xác định tại phía thứ cấp của
máy biến áp cấp điện cho bên mua hoặc tại vị trí khác do hai bên thoả thuận
trong hợp đồng khi bên mua đạt hệ số công suất (cosϕ) ≥ 0,85 và thực hiện
đúng biểu đồ phụ tải đã thoả thuận trong hợp đồng. Trong trường hợp lưới
điện chưa ổn định, điện áp đượ
c dao động từ +5 % đến –10 %.
2). Về tần số: trong điều kiện bình thường, tần số hệ thống điện được dao động
trong phạm vi ±0,2 hez so với tần số định mức là 50 hez. Trường hợp hệ
thống điện chưa ổn định, cho phép độ lệch tần số là ±0,5 hez.
3). Trong trường hợp bên mua cần chất lượng điện năng cao hơn tiêu chu
ẩn quy
định tại các khoản 1 và 2 của Điều này thì các bên phải thoả thuận trong hợp
đồng.

Điều 32. quy định:
1). Trong điều kiện lưới điện đảm bảo chất lượng điện năng theo quy định, bên
mua điện để sản xuất, kinh doanh, dịch vụ có công suất sử dụng từ 80kW
hoặc máy biến áp có dung lượng từ 100 kVA trở lên phải đảm bảo cosϕ
≥
0,85 tại điểm đặt công tơ mua bán điện.
Nghiên cứu đề xuất các giải pháp cung cấp điện ổn định và an toàn cho các mỏ hầm lò Quảng Ninh

Hội Khoa học và Công nghệ Mỏ Việt Nam


13
2). Trường hợp cosϕ < 0,85, bên mua điện phải thực hiện các biện pháp:
a). Lắp đặt thiết bị bù công suất phản kháng, nâng cosϕ đạt từ 0,85 trở lên;
b). Mua thêm công suất phản kháng trên hệ thống điện của bên bán.
3). Trường hợp bên mua điện có khả năng phát công suất phản kháng lên lưới,
hai bên có thể thoả thuận việc mua, bán đó trong hợp đồng. Bộ Công
nghiệp, Ban Vật giá Chính phủ hướ
ng dẫn việc mua, bán công suất phản
kháng quy định tại khoản 2 và khoản 3 của Điều này.
3). Quy phạm trang bị điện của Bộ Công nghiệp

“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 điện, trong đó:
∗ Ph
ần I. Quy định chung – ký hiệu 11 TCN-19-2006;
∗ Phần II. Hệ thống đường dây điện – ký hiệu 11 TCN-20-2006;

∗ Phần III. Thiết bị phân phối và trạm biến áp – ký hiệu 11 TCN-21-2006;
∗ Phần IV. Bảo vệ tự động – ký hiệu 11 TCN-22-2006.
Về chất lượng điện áp và điều chỉnh điện áp TCN-19-2006 có quy định:
Điều 1.2.39. Mức điện áp tại các điểm trong lưới điện ph
ải xác định theo phương
thức vận hành và theo chế độ phụ tải cực đại và cực tiểu. Trong điều kiện
bình thường, độ lệch điện áp được phép dao động trong khoảng ±5 % so với
điện áp danh định và được xác định tại vị trí đặt thiết bị đo đếm điện hoặc
tại vị trí khác do hai bên thỏa thuận.
Trong trường hợp lưới điệ
n chưa ổn định, điện áp được phép dao động trong
phạm vi từ –10 % đến +5 %.
Điều 1.2.40. Ở chế độ làm việc bình thường của hệ thống điện, MBA đến 35kV
phải có điều chỉnh điện áp trong phạm vi ±5% điện áp danh định.
Điều 1.2.41. Ở chế độ làm việc bình thường của trạm cấp điện, trong thời gian
tổng ph
ụ tải giảm đến 30 % so với trị số phụ tải lớn nhất, điện áp tại thanh
cái phải duy trì ở mức điện áp danh định của lưới.
Điều 1.2.42. Để điều chỉnh điện áp, ở lưới điện 110 kV trở lên nên dùng máy
biến áp có bộ điều chỉnh điện áp dưới tải có dải điều chỉnh ±(10%÷15%).
Ngoài ra cầ
n xét đến việc dùng thiết bị điều chỉnh điện áp tại chỗ như:
Nghiên cứu đề xuất các giải pháp cung cấp điện ổn định và an toàn cho các mỏ hầm lò Quảng Ninh

Hội Khoa học và Công nghệ Mỏ Việt Nam


14
∗ Động cơ đồng bộ;
∗ Máy bù đồng bộ;

∗ Các bộ tụ điện bù;
∗ Đường dây liên hệ ở điện áp đến 1 kV giữa các trạm biến áp để có thể cắt
một số máy biến áp trong chế độ phụ tải cực tiểu.
Điều 1.2.44. Trong điều kiện làm việc bình thường, tần số hệ thống điện đượ
c
phép dao động trong phạm vi ±0,2 hez so với tần số danh định là 50 hez.
Trong trường hợp hệ thống điện chưa ổn định, cho phép độ lệch tần số là
±0,5 hez.
Phía hộ tiêu thụ điện có công suất sử dụng từ 80 kW trở lên hoặc máy biến
áp có dung lượng từ 100 kVA trở lên phải đảm bảo có hệ số công suất cos φ
≥ 0,85 tại điểm đặt công tơ mua bán điệ
n. Trong trường hợp cos φ < 0,85 thì
phải thực hiện các biện pháp sau:
∗ Lắp đặt thiết bị bù công suất phản kháng nâng cos φ đạt từ 0,85 trở lên;
∗ Mua thêm công suất phản kháng trên hệ thống điện của phía cung cấp.
∗ Trường hợp phía hộ tiêu thụ có khả năng phát công suất phản kháng lên
lưới, hai bên có thể thỏa thuận việc mua bán đó trong hợp đồng.
III. Các chỉ tiêu yêu cầu v
ề chất lượng điện năng ở nước ngoài
Các chỉ tiêu yêu cầu về chất lượng điện năng được hầu hết các nước công
nghiệp phát triển quan tâm từ rất sớm và họ đã đặt ra các Tiêu chuẩn Quốc gia,
quy định rất chi tiết về các chỉ tiêu này. Tiêu chuẩn Quốc gia ГОСТ 13109-97
của CHLB Nga được soạn thảo, thay thế cho các Tiêu chuẩn của Liên Xô (cũ)
phù hợp với các Tiêu chuẩn IEC 868, IEC 1000-3-2, IEC 1000-3-3, IEC 1000-4-
1 của Ủy ban Kỹ thuật điện Quốc tế. Trong các Tiêu chuẩn này, người ta quy
định hai giá trị về các chỉ tiêu chất lượng điện năng, đó là: các giá trị cho phép
và các giá trị giới hạn. Các giá trị này được xác định trong khoảng thời gian là
24 h và có các giá trị quy định như sau:
1). Độ lệch điện áp
Độ lệch điện áp được quy định bởi giá trị độ lệch theo giá trị của điện áp

danh định như sau:
∗ Độ lệch cho phép và giá trị giới hạn của độ lệch điện áp
δ
U
y
trên cực các
phụ tải tương ứng là ±5 % và ±10 % các giá trị danh định của điện áp;
∗ Độ lệch cho phép và giá trị giới hạn của độ lệch điện áp ở điểm đấu nối
chung với mạng điện phân phối khu vực ở cấp điện áp 0,38 kV và các cấp
Nghiên cứu đề xuất các giải pháp cung cấp điện ổn định và an toàn cho các mỏ hầm lò Quảng Ninh

Hội Khoa học và Công nghệ Mỏ Việt Nam


15
cao hơn, cung cấp cho các hộ tiêu thụ, được đưa vào các hợp đồng ký kết
giữa cơ quan cung cấp điện và các hộ tiêu thụ, phù hợp với quy định của
Tiêu chuẩn được các cấp có thẩm quyền phê duyệt.
2). Dao động điện áp
Dao động điện áp được đặc trưng bởi các chỉ tiêu sau đây:
9 Biên độ dao động điện áp (
δ
U
t
);
9 Mức độ nhấp nhô của điện áp.
∗ Đối với mạng hạ áp người ta quy định - Giá trị giới hạn cho phép của tổng
độ lệch điện áp thực tế
δ
U

y
và biên độ dao động
δ
U
t
tại điểm kết nối với
lưới điện 0,38 kV là ±10% giá trị danh định.
∗ Mức độ nhấp nhô ngắn hạn được xác định trong khoảng thời gian quan trắc
là 10 min, còn đối với mức độ nhấp nhô kéo dài thì được xác định trong
khoảng thời gian quan trắc là 2 h.
∗ Phương pháp tính toán, xác định mức độ nhấp nhô ngắn hạn và mức nhấp
nhô kéo dài đối với các dao động điện áp có hình dạng khác nhau được thực
hiện theo các hướng dẫn riêng.
3). Điện áp “không sin”
Điện áp “không sin” được đặc trưng bởi các chỉ tiêu sau:
9 Hệ số méo “không sin” của đường cong điện áp;
9 Hệ số thành phần sóng hài bậc “n” của điện áp.
Các chỉ tiêu này được quy định trong Tiêu chuẩn như sau:
Giá trị cho phép và giá trị giới hạn cho phép của hệ số méo “không sin” và
của hệ số thành phần sóng hài bậc “n” của đường cong điện áp tại điểm đấu nối
với mạng phân phối điện khu vực với các cấp điện áp định mức khác nhau được
cho trong các bảng tra cứu riêng.
4). Sự mất đối xứng của điện áp
Sự mất đối xứng của điện áp được xác định bởi các chỉ tiêu sau:
9 Hệ số mất đối xứng thứ tự ngược của điện áp;
9 Hệ số mất đối xứng thứ tự không của điện áp.
Các giá trị cho phép của các chỉ tiêu này quy định như sau:
Nghiên cứu đề xuất các giải pháp cung cấp điện ổn định và an toàn cho các mỏ hầm lò Quảng Ninh

Hội Khoa học và Công nghệ Mỏ Việt Nam

16
∗ Giá trị cho phép và giá trị giới hạn cho phép của hệ số mất đối xứng của
điện áp thứ tự ngược tại điểm đấu nối chung với mạng phân phối khu vực
tương ứng có giá trị là 2,0 % và 4,0 %.
∗ Giá trị cho phép và giá trị giới hạn cho phép của hệ số mất đối xứng của
điện áp thứ tự không tại điểm đấu nối chung với mạng phân phối khu vực
đối với mạng ba pha bốn dây điện áp 0,38 kV tương ứng có giá trị là 2,0%
và 4,0 %.
5). Độ lệch về tần số: Giá trị cho phép và giá trị giới hạn cho phép của độ lệch
tần số tương ứng là ± 0,2 hez và ± 0,4 hez.
6). Độ sụt áp
Độ sụt của điện áp được đánh giá bởi chỉ tiêu - khoảng thời gian sụt áp kéo
dài. Giá trị giới hạn cho phép của khoảng thời gian sụt áp trong lưới điện phân
phối đến cấp điện áp 20 kV theo quy định là 30 sec. Khoảng thời gian khắc phục
sụt áp tại bất cứ điểm nào ở điểm đấu nối của lưới phân phối được xác định bao
gồm cả khoảng thời gian trễ tác động của các rơle bảo vệ và thiết bị tự động hóa.
7). Xung điện áp
Xung điện áp được đặc trưng bởi chỉ số điện áp xung. Giá trị của các xung
điện áp do sét và các thiết bị đóng cắt có trong mạng phân phối của các cơ quan
cung cấp điện được cho trong các tài liệu riêng.
8). Quá điện áp đột ngột
Hiện tượng quá áp đột ngột (tức thời) được đặc trưng bởi hệ số quá áp đột
ngột. Giá trị của hệ số quá áp đột ngột, xuất hiện trong các mạng phân phối của
các cơ quan cung cấp điện cho trong các tài liệu riêng.

Như vậy là các chỉ tiêu yêu cầu về chất lượng điện năng là khá đa dạng,
được hầu hết các nước công nghiệp phát triển quan tâm từ rất sớm và họ đã đặt
ra các Tiêu chuẩn Quốc gia bao gồm nhiều chỉ tiêu, có các yêu cầu và quy định

rất chi tiết về các chỉ tiêu này. Các Tiêu chuẩn của các nước hiện đều tuân theo
các Tiêu chuẩn IEC của Ủy ban Kỹ thuật điện Quốc tế. Trong 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 kể trên.



Nghiên cứu đề xuất các giải pháp cung cấp điện ổn định và an toàn cho các mỏ hầm lò Quảng Ninh

Hội Khoa học và Công nghệ Mỏ Việt Nam


17

CHƯƠNG II
PHƯƠNG PHÁP LUẬN PHỤC VỤ CHO VIỆC KHẢO SÁT,
ĐIỀU TRA THỰC TRẠNG CUNG CẤP, TIÊU THỤ VÀ SỬ DỤNG
ĐIỆN NĂNG TRONG CÁC MỎ HẦM LÒ QUẢNG NINH

I. Cơ sở khoa học của việc xây dựng phương pháp luận khảo sát, điều tra
thực trạng tiêu thụ và sử dụng điện năng trong các xí nghiệp mỏ
Ngành than của nước ta hiện nay được cơ cấu tổ chức theo ngành dọc. Hiện
tại có 29 Công ty và mỏ được khai thác bằng phương pháp lộ thiên, trong đó có 6
mỏ lớn có công suất thiết kế từ 1 triệu đến 3 triệu tấn/năm; các mỏ còn lại có
công suất từ 200.000 đến 600.000 tấn/năm. Ở các mức sâu, than được khai thác
bằng phương pháp hầm lò. Hiện có 5 mỏ trong tổng số 14 mỏ hầm lò có công
su
ất từ 300.000 đến 2,0 triệu tấn/năm. Các mỏ này đang trong giai đoạn được
đầu tư, cải tạo và gia tăng sản lượng. Nhiều khu vực mỏ (lò chợ, các lò chuẩn bị,
các công nghệ phụ trợ) đang được đầu tư trang bị các thiết bị và dây chuyền công

nghệ cơ giới hóa cho năng suất cao.
Như vậy, căn cứ vào cơ cấu tổ chức hiện t
ại của ngành than, chúng ta có thể
lựa chọn phương án để phục vụ cho việc khảo sát điều tra thực trạng tiêu thụ và
sử dụng điện năng của các đơn vị điển hình trong ngành than như sau:
9 Chọn các cơ sở điều tra là các mỏ, có các dây chuyền công nghệ đặc trưng
của các xí nghiệp mỏ trong Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt
Nam;
9 Chọ
n các cơ sở điều tra là các mỏ, có điều kiện địa chất mỏ đặc trưng (vị trí
địa lý, khai thác bằng lò giếng, lò bằng, ở mức nông, mức sâu, có khả năng
tăng cường cơ giới hóa );
Xác định cách lựa chọn điều tra theo các đơn vị điển hình này cho phép ta có
thể so sánh và đánh giá những điểm mạnh, điểm yếu trong khâu tiêu thụ và sử
dụng
điện năng của các đơn vị điển hình trong ngành với số lượng các đơn vị
điều tra không quá nhiều và cho các đơn vị có qui mô tương đối lớn. Kết quả
phân tích, đánh giá tình hình tiêu thụ và sử dụng điện năng của mỗi đơn vị cơ sở
có thể giúp ta tiến hành triển khai việc đánh giá, đưa ra bức tranh tổng quan về
tình hình tiêu thụ và sử dụng đi
ện năng ở mỗi xí nghiệp và chung cho các mỏ
hầm lò trong ngành một cách dễ dàng và thuận lợi hơn. Điều này cũng có thể
giúp cho các nhà quy hoạch, hoạch định chính sách và kế hoạch hoá đưa ra các
Nghiên cứu đề xuất các giải pháp cung cấp điện ổn định và an toàn cho các mỏ hầm lò Quảng Ninh

Hội Khoa học và Công nghệ Mỏ Việt Nam


18
chính sách, lộ trình phát triển công nghệ cũng như dự báo về nhu cầu tiêu thụ và

sử dụng năng lượng phù hợp với điều kiện cụ thể của toàn ngành cũng như cho
từng đơn vị cơ sở.
Để có thể đưa ra các nhận xét đúng đắn, làm cơ sở cho việc đề xuất các giải
pháp quản lý và kỹ thuật trong việc nâng cao hiệu quả sử dụng đ
iện năng, cần
phải tiếp nhận được các số liệu, bảng biểu để có thể thu lượm được những thông
tin chính xác, tỷ mỉ và tương đối đầy đủ về các đối tượng điều tra. Các số liệu
điều tra thu được từ các mẫu biểu qua các số liệu thống kê và đo đạc trong thực
tế vận hành sẽ được phân tích, đánh giá, so sánh với các chuẩn thích hợ
p và với
các kết quả tính toán (tốt nhất là trên các mô hình toán), sẽ cho phép ta có được
những nhận xét, đánh giá chính xác về thực trạng tiêu thụ và sử dụng điện năng
của các đơn vị điển hình, làm cơ sở cho việc đưa ra các giải pháp kỹ thuật, xây
dựng các mô hình quản lý và tiêu thụ điện năng tiết kiệm và hiệu quả, đáp ứng
nhu cầu cơ giới hóa khi gia tăng sả
n lượng. Tất cả những nội dung công việc mô
tả quá trình điều tra, đánh giá thực trạng và đề xuất mô hình điển hình trong tiêu
thụ và sử dụng điện năng của các xí nghiệp trong ngành than có thể mô tả trên sơ
đồ khối Hình 2.1.
Trong thực tế sản xuất của các xí nghiệp hiện đang tồn tại một hệ thống
thống kê, trong đó tiến hành việc theo dõi các số liệu v
ề tiêu thụ điện năng cũng
như tình trạng vận hành của các máy móc, thiết bị mỏ, phản ánh các mặt sản xuất
kinh doanh cũng như hiệu quả sử dụng năng lượng. Các số liệu thu thập được từ
các số liệu thống kê cũng như đo đạc được trong thực tế thường phản ánh các
yếu tố ảnh hưởng một cách ngẫu nhiên trong nhữ
ng điều kiện nhất định. Tập hợp
các số liệu thông tin theo yếu tố thời gian và không gian cho phép chúng ta xác
định được các giá trị điển hình cũng như các giá trị trung bình trên quan điểm
xác suất thống kê.

Đối với các đại lượng mà chuẩn so sánh là các giá trị trung bình, thì bằng
phương pháp nói trên ta xác định giá trị trung bình xác suất của chúng. Trong
trường hợp này đặc trưng cho tập hợp các giá trị rời rạc “Xi” là giá trị kỳ vọng
toán như sau:
∑
=
==
n
i
XiPiXXM
1
.)( (2.1)

1
)(
)(
1
2
−
−
=
∑
n
XiX
X
n
σ
(2.2)
Nghiên cứu đề xuất các giải pháp cung cấp điện ổn định và an toàn cho các mỏ hầm lò Quảng Ninh

Hội Khoa học và Công nghệ Mỏ Việt Nam


19

Trường hợp chỉ muốn so sánh với các giá trị giới hạn nhất định trong chuẩn,
thì khi xử lý các số liệu chỉ cần so sánh và đưa ra các thông tin về trạng thái giới
hạn nhất định của các giá trị.
Phương pháp luận phục vụ cho việc khảo sát, điều tra thực trạng tiêu thụ và
sử dụng điện năng của các đơn vị điển hình trong ngành than, làm cơ sở
cho việc
đánh giá và đề xuất các chỉ tiêu, mô hình điển hình có thể được chia ra thành các
bước chính sau đây:
Bước 1: Xây dựng các tiêu chí để tiến hành khảo sát, điều tra
Để có thể xây dựng được các tiêu chí phục vụ cho việc khảo sát, điều tra,
thiết lập các biểu mẫu điều tra, tiến hành điều tra khảo sát thực tế, xử lý các số
liệu và sau đó là tiến hành đánh giá, xây dựng các mô hình mẫu v
ề sử dụng điện
năng, chúng ta có thể thấy rằng vai trò của các chuyên gia là rất quan trọng. Do
vậy, cần tổ chức các nhóm chuyên gia am hiểu sâu sắc các lĩnh vực có liên quan
đến các khâu công nghệ cơ bản của ngành, trên các lĩnh vực chính sau đây:
 Nhóm chuyên gia am hiểu về công nghệ trong các mỏ than hầm lò: xây
dựng các tiêu chí chuẩn mực để điều tra và đánh giá các nội dung có liên
quan đến công nghệ trong khai thác và xây dựng các công trình ngầm trong
mỏ;

Nhóm chuyên gia thông thạo về các vấn đề có liên quan đến công tác cơ
điện mỏ, có khả năng xây dựng các tiêu chí chuẩn mực để điều tra và đánh
giá các nội dung liên quan đến hệ thống cung cấp điện, các trạm mạng, thiết
bị, đường dây.

Thông tin từ các
biểu mẫu điều tra
Thông tin từ các
số liệu đo đạc trong
thực tế vận hành
Thông tin từ các
kết quả tính toán
trên mô hình toán
Xử lý các số liệu
thông tin thu thập
được từ các nguồn
So sánh các số liệu
thông tin thu thập
được với các chuẩn
và kết quả có được
trên mô hình toán
Đánh giá, đề xuất
các giải pháp và các
chỉ tiêu chất lượng
Hình 2.1. Sơ đồ khối mô tả quá trình điều tra, đánh giá thực trạng, đề xuất các
giải pháp và chỉ tiêu cung cấp điện đáp ứng yêu cầu cho các xí nghiệp mỏ
Nghiên cứu đề xuất các giải pháp cung cấp điện ổn định và an toàn cho các mỏ hầm lò Quảng Ninh

Hội Khoa học và Công nghệ Mỏ Việt Nam


20
Tiêu chí phục vụ cho việc khảo sát, điều tra sẽ được chi tiết hoá đến từng
công đoạn, các thông số đặc trưng của mạng cung cấp điện, các chủng loại trang
thiết bị với các chỉ tiêu, thông số của chúng;

Bước 2: Xây dựng các biểu mẫu điều tra.
Trên cơ sở các tiêu chí để phục vụ cho việc tiến hành khảo sát, điều tra và
đánh giá được xây dựng
ở bước 1, chúng ta tiến hành xây dựng các biểu mẫu
điều tra để thu thập được các thông tin cần thiết phục vụ cho các nội dung nêu ra
ở trên theo các tiêu chí chuẩn mực đã đề ra.
Các biểu mẫu điều tra, khảo sát cần quan tâm và đưa ra được các nội dung
này để có thể thu thập được các thông tin đầy đủ phục vụ cho việc đánh giá một
cách toàn diện và chính xác hơn, đó là các mẫu điều tra về:
9
Tình hình sản xuất và tiêu thụ điện năng của xí nghiệp với các số liệu có liên
quan đến tiêu thụ điện năng với các hệ số và chỉ tiêu đặc trưng của chúng,
các chỉ tiêu liên quan đến sản xuất kinh doanh (sản lượng…);
9 Phiếu điều tra về các chủng loại trang thiết bị điện phục vụ trong khâu cung
cấp điện (từ trạm biến áp trung tâm 35/6 kV
đến các trạm biến áp khu vực)
với các thông số đặc trưng của chúng (mã hiệu, công suất, cấp điện áp, các
tổn hao, điện áp ngắn mạch, dòng không tải…). Chú ý đến các trang thiết bị
và hệ truyền động mới đã được triển khai áp dụng ở các khu vực điển hình;
9 Các thông số đặc trưng của các mạng cấp điện cao, hạ áp (mã hiệu, chủng
loại, c
ấp điện áp, chiều dài, tiết diện, số lượng lõi…) của các đường dây trên
không và mạng cáp;
9 Các thông số đặc trưng của các thiết bị đóng cắt trong mạng phân phối và
các thiết bị trong hệ truyền động (nơi lắp đặt, mã hiệu, cấp điện áp, công
suất, dòng định mức, hiệu suất thiết bị, hệ số công suất…);
Bước 3: Tiến hành điều tra, kh
ảo sát đối với các đơn vị điển hình
Việc điều tra, khảo sát được thực hiện song song bằng hai cách:
9 Gửi các bộ Phiếu điều tra đã lập đến với tất cả các đơn vị điển hình đã lựa

chọn của ngành than. Cần đôn đốc và hướng dẫn nếu cần để các cơ sở có thể
trả lời chính xác và tỷ
mỉ các yêu cầu của phiều điều tra. Người có trách
nhiệm trả lời các câu hỏi của Phiếu điều tra tốt nhất là cơ điện trưởng của
các xí nghiệp;
9 Cử các cán bộ trong nhóm nghiên cứu đến các xí nghiệp điển hình đã lựa
chọn để: