Nghiên cứu các loại công nghệ và tính kinh tế của các loại trạm biến áp áp dụng cho thành phố lớn ở Việt Nam

-1BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
________

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGHIÊN CỨU CÁC LOẠI CƠNG NGHỆ VÀ TÍNH KINH TẾ CỦA
CÁC LOẠI TRẠM BIẾN ÁP ÁP DỤNG CHO THÀNH PHỐ LỚN Ở
VIỆT NAM

NGÀNH: MẠNG VÀ HỆ THỐNG ĐIỆN
MÃ SỐ:

ĐẬU ĐỨC CHIẾN

Người hướng dẫn khoa học: TS. ĐÀO KIM HOA

HÀ NỘI 4-2008


-2-

LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu riêng của tôi.
Nguồn gốc các số liệu là rõ ràng. Các kết quả được nêu trong luận văn này là
trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ cơng trình nghiên cứu
khoa học nào.
Đậu Đức Chiến


-3-

MỤC LỤC
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt
Danh mục các hình vẽ, bảng biểu
Trang
MỞ ĐẦU
CHƯƠNG I

8

XU THẾ CỦA THỊ TRƯỜNG ĐIỆN LỰC
DẪN ĐẾN SỰ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ
CỦA CÁC TRẠM TRUYỀN TẢI CAO ÁP

1.1 : Nhu cầu tiêu thụ điện năng tăng nhanh

CHƯƠNG II

11

1.2 Xu thế tự do hóa điện lực - Thị trường điện lực

14

1. 3 Ràng buộc của mơi trường

16

1.4 Tính chi phí vịng đời của trạm biến áp

16

CÁC LOAI CƠNG NGHỆ CHÍNH CỦA TRẠM
CAO ÁP

18

2.1- Trạm cao áp ngồi trời cách điện bằng khơng khí
(AIS):
2.2 - Trạm đóng cắt hợp bộ ngồi trời (DTC)

CHƯƠNG III

11

18
21

2.3. Trạm biến áp tích hợp cao (HIS)

25

2.4. Trạm đóng cắt cách điện khí (GIS)

35

TÍNH TỐN CHI PHÍ VỊNG ĐỜI CHO

43

DỰ ÁN TRẠM CAO ÁP

3.1 Đặt vấn đề

43


-43.2. Mơ hình chi phí vịng đời

43

3.3 Áp dụng tính tốn chi phí vịng đời cho trạm cao

48

áp 110kV, sơ đồ hình H, có 3 máy cắt
CHƯƠNG 4

ẢNH HƯỞNG CỦA GIÁ ĐẤT ĐẾN CHI PHÍ

52

VỊNG ĐỜI CỦA TRẠM BIẾN ÁP
4.1: Đặt vấn đề

52

4.2: Ảnh hưởng của giá đất đến chi phí vịng đời của

54

trạm 110kV sơ đồ hình H có 3 máy cắt
Phụ lục 1
Phụ lục 2


-5-

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU CHỮ VIẾT TẮT
AIS

AIS - Insulated Switchgear

DTC

Dead Tank Compact

HIS

Highly Integrated Switchgear

GIS

Gas - Insulated Switchgear


-6DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ
Bảng 1.1: Dự báo nhu cầu điện ở Việt Nam giai đoạn 2000 - 2020
Hình 1.1: Biểu đồ phụ tải điện Việt Nam
Bảng 1.2: Dự báo cơng suất của Indonexia

Hình 2.1: Trạm AIS ngồi trời cách điện bằng khơng khí
Hình 2.2: Trạm AIS ngồi trời cách điện bằng khơng khí
Hình 2.3: Mặt bằng bố trí trạm AIS
Hình 2.4: Máy cắt DTC cho lộ vào/ra
Hình 2.5: Một số kiểu sơ đồ DTC hai thanh cái
Hình 2.6: Mặt cắt máy cắt DTC cho các kiểu sơ đồ khác nhau
Hình 2.7: Khơng gian trạm DTC 110kV hình H
Hình 2.8: Thiết bị HIS ba pha
Hình 2.9: Mặt cắt thiết bị HIS
Hình 2.10: Sơ đồ nguyên lý một ngăn lộ HIS
Hình 2.11: Mặt cắt buồng tiếp điểm HIS 110kV
Hình 2.12: Mặt cắt kết cấu máy cắt HIS
Hình 2.13: Hệ thống HIS H5
Hình 2.14: Hệ thống HIS 110kV lắp 2 máy cắt
Hình 2.15: Hệ thống HIS 110kV lắp 4 máy cắt
Hình 2.16: Hệ thống HIS 110kV lắp 3 máy cắt
Hình 2.17: Các kiểu lắp đặt và đấu nối thiết bị HIS 110kV
Hình 2.18: Mặt bằng HIS 110kV lắp 3 máy biến áp
Hình 2.19: Sự thu gọn mặt bằng nhờ cơng nghệ HIS
Hình 2.20: Sự thu gọn khơng gian và cao độ nhờ giải pháp HIS
Hình 2.21: Giải pháp gép nối GIS 110kV
Hình 2.22: Cấu tạo mặt cắt modul GIS 110kV
Hình 2.23: Mặt cắt buồng tiếp điểm máy cắt GIS
Hình 2.24: Khơng gian modul một ngăn lộ GIS
Hình 2.25: Giảm khơng gian bố trí thiết bị GIS 110kV trong nhà phân phối


-7Bảng 2.1: Điện thế vỏ bọc các thiết bị của các cơng nghệ
Bảng 2.2: Đặc tính thiết kế của các loại cơng nghệ trạm
Hình 2.26: Mặt bằng diện tích các loại công nghệ trạm

Bảng 2.3: Mặt bằng các loại công nghệ trạm
Hình 3.1: Cấu trúc mơ hình tính tốn chi phí vịng đời
Bảng 3.1: Các số liệu đầu vào của mơ hình
Bảng 3.2: Chi phí vịng đời các loại cơng nghệ trong 100 năm
Hình 3.3: Đồ thị chi phí vịng đời các cơng nghệ
Bảng 4.9: Tổng chi phí của AIS và GIS xây dựng tại nội thành


-8LỜI MỞ ĐẦU

Trạm biến áp 110kV đầu tiên trên thế giới được đưa vào hoạt động năm
1912 ở Đức và điện áp của nó được tăng dần trong suốt thể kỷ thứ 20. Trạm
220kV đầu tiên hoạt động năm 1929 ở Đức. Tiếp đó, vào năm 1967, trạm
735kV ở Canada. Năm 1982 trạm biến áp 1200kV đầu tiên ở Nga. Cho đến
nay đã có trạm tuyền tải lên đến 2000kV ở Mỹ. Trạm biến áp được dùng để
truyền tải điện năng từ nhà máy điện ở xa tới nơi dân cư tiêu thụ điện. Trạm
biến áp cao áp đóng một vai trò quan trọng chủ chốt trong hệ thống truyền tải
năng lượng điện của mỗi quốc gia. Nhờ nó mà cho phép truyền tải một năng
lượng khổng lồ, trên khoảng cách xa và giảm đuợc tổn thất rất lớn trên đường
dây truyền tải. Trên cơ sở đó đã giảm được giá thành sản xuất điện năng,
mang lại hiệu quả kinh tế đáng kể cho lồi người.
Cơng nghệ của các trạm cao áp ban đầu chỉ là cơng nghệ đặt ngồi trời
(Air Insulated Switchyard - AIS). Song do nhu cầu của con người ngày càng
cao đối với việc cung cấp điện. Người tiêu thụ điện không chỉ yêu cầu cung
cấp đủ mà còn đòi hỏi chất lượng điện năng như độ tin cậy, chất lượng điện
áp, tần số và mức độ mỹ quan của các trạm khi đặt trong thành phố, khu dân
cư đông đúc và giá đất cao. Hơn nữa sự cạnh tranh trong kinh doanh sản xuất,
truyền tải điện ngày càng khốc liệt. Những điều đó đã khiến trạm biến áp
được phát triển dưới những công nghệ khác nhau như trạm AIS, trạm cơng
nghệ cách điện khí (Gas insulated switchyard GIS), trạm tích hợp cao (High

integrated switchyard - HIS, Dead Tank Compact - DTC).
Bản luận văn này tìm hiểu các loại công nghệ của trạm đã được chế tạo
trên thế giới, sử dụng các số liệu đã được CIGRE cơng bố để phân tích so
sánh chi phí giá thành vịng đời cho các loại cơng nghệ trạm 110kV có tính
đến giá đất.


-9Đề tài của luận văn “ Tìm hiểu các loại cơng nghệ của trạm biến áp và tính
tốn chi phí vịng đời của các cơng nghệ cho trạm 110kV đặt trong thành
phố Hà Nội có tính đến giá đất”.
Tính cấp thiết của đề tài:
Các công nghệ AIS và GIS đã đuợc dùng trong hệ thống điện Việt Nam. Tuy
nhiên, chưa có một nghiên cứu nào chỉ ra chi phí vịng đời của các công nghệ
khác nhau. Nhà đầu tư mới chỉ tính đến chi phí đầu tư ban đầu của nó,mà
chưa tính đến các chí phí khác như tuổi thọ của thiết bị, chi phí vận hành, bảo
dưỡng, những thiệt hại do ngừng cung cấp điện, cũng như ảnh hưởng của mơi
trường v.v. . Những yếu tố đó đã ảnh hưởng đến tính kinh tế rất lớn của dự án
đầu tư. Cho nên họ đã bỏ qua những công nghệ tối ưu khi thiết kế xây dựng
trạm, đặc biệt là khi tính đến giá đất cần thiết cho việc xây dựng trạm đặt
trong các khu đô thị ở Việt Nam, đặc biệt là các thành phố lớn.
Tác giả mong muốn các kết quả nghiên cứu sẽ giúp các nhà đầu tư có
cở sở khoa học để có thể nhìn nhận một cách tổng thể tất cả những chi phí
thực tế liên quan khơng chỉ trong q trình đầu tư, mà cịn phải tính đến trong
q trinh vận hành của từng loại cơng nghệ. Trên những cơ sở tính tốn đó,
nhà đầu tư sẽ tùy vào điều kiện cụ thể cho phép về tài chính, diện tích và mơi
trường để lựa chọn được công nghệ tối ưu cho trạm 110kV đặt trong thành
phố Hà Nội hoặc thành phố Hồ Chí Minh, nơi diện tích rất giới hạn, giá đất
rất cao và yêu cầu mỹ quan cao.
Để hoàn thành luận văn này, bản thân tác giả đã phải nỗ lực rất nhiều
để thu thập thơng tin và tìm hiểu các cơng nghệ trên thế giới và các mơ hình

phương pháp để giải các bài toán kinh tế cho các trạm. Song do thời gian và
trình độ ngoại ngữ có hạn nên khơng tránh khỏi những khiếm khuyết. Tác giả
rất mong nhận các ý kiến đóng góp của các thầy cơ và tồn thể bạn đọc.


- 10 Tác giả xin chân thành cảm ơn những sự giúp đỡ của thầy cô trong
trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, của gia đình, bạn bè và đồng nghiệp Tập
Đồn Điện Lực Việt Nam. Những người đã ln động viên giúp đỡ rất nhiệt
tình, trong suốt thời gian tác giả thực hiện và hoàn thành luân văn. Đặc biệt là
sự hướng dẫn tận tình của Tiến Sĩ Đào Kim Hoa đã tạo điều kiện thuật lợi cho
tác giả hoàn thành bản luận văn này.
Lần nữa tác giả xin chân thành biết ơn những sự quý báu đó.


- 11 -

CHƯƠNG I
XU THẾ CỦA THỊ TRƯỜNG ĐIỆN LỰC DẪN ĐẾN SỰ PHÁT
TRIỂN CÔNG NGHỆ CỦA CÁC TRẠM TRUYỀN TẢI CAO ÁP

1.1: Nhu cầu tiêu thụ điện năng tăng nhanh
Nhu cầu tiêu thụ điện năng hiện nay đang tăng nhanh, đặc biệt đối với
các nước đang phát triển ở khu vực Châu Á Thái Bình Dương, tốc độ tăng
trưởng từ 8% đến 16% hàng năm.
Nền kinh tế Việt Nam đang phát triển mạnh mẽ, với tốc độ tăng trưởng
bình quân hàng năm luôn ở mức cao trong những năm gần đây và dự kiến sẽ
vẫn duy trì tốc độ tăng trưởng cao trong những năm Việt Nam gia nhập
WTO. Năm 2005, tốc độ tăng trưởng GDP đạt 8,4%, giai đoạn 2006 - 2010
và 2011 - 2020 dự kiến tăng 8,5% - 9%/năm.
Để đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế - xã hội của cả nước, nhu cầu

điện năng nước ta được dự báo tăng ở mức từ 10% (phương án cơ sở) đến
22% (phương án cao) trong giai đoạn 2006 – 2020 như chỉ ra trong bảng 1.1.
Bảng 1.1 dự báo nhu cầu điện của nước ta giai đoạn năm 2000 - 2020.
Năm

2000

2005

2010

2015

2020

- Điện năng sản xuất (Tr.Kwh)

26000

44230

70437

109439 167022

- Công suất (MW)

4477

7447

11653

17847

26854

- Điện thương phẩm (Tr.Kwh)

21430

37117

61572

95745

146600

Tăng trưởng
năm (%)

Phương án cơ sở

Phương án cao

10,2


- 12 -

- Điện năng sản xuất (Tr.Kwh)

26000

46554

78466

126949 201367

- Công suất (MW)

4477

7838

12982

20703

- Điện thương phẩm (Tr.Kwh)

21430

39067

68592

111000 176700

11,0

32376

Power Generation, bln kWh

294.00
300.00

250.00

190.00
200.00

150.00

117.34

100.00

53.20
50.00

26.85

0.00
2001

2005

2010

2015

2020

Hình 1.1: Biểu đồ phụ tải điện Việt Nam
Nhu cầu phụ tải của Thailand: Năm 2003, khoảng 65% sản lượng
điện cung cấp cho cả nước được sản xuất từ các nhà máy của Tổng Công ty
Điện lực Thái Lan (EGAT), với công suất là 18.000 MW. Khoảng 32% khác
từ hợp đồng mua điện của các Công ty tư nhân và các nhà máy điện của Lào.
Những công ty sản xuất điện khác phần lớn là các nhà máy thuộc thành phần


- 13 -

tư nhân, hoạt động dựa vào những hợp đồng với EGAT như Công ty Công
cộng sản xuất điện Thái Lan (EGCO), các nhà sản xuất năng lượng độc lập
(IPPS) và các nhà sản xuất nhỏ (SPPS). EGAT đã có kế hoạch kết hợp với các
cơng ty thuộc thành phần tư nhân để tăng thêm công suất khoảng 21.000MW
giữa năm 1999 và năm 2011 từ nhiều dự án. Những dự án này bao gồm:
EGAT sẽ xây dựng một số nhà máy mới, 7 dự án được thực hiện bởi IPP
(5.900MW), 53 dự án do SPP thực hiện (2.000)MW và mua từ những nhà sản
xuất của các nước láng giềng. Với công suất tăng thêm này, tổng công suất
điện của Thái Lan sẽ tăng lên đến 39.400MW, nhằm đáp ứng nhu cầu ở thời
điểm cao nhất khoảng 22.000 - 31.000 MW, giả sử tốc độ nhu cầu tăng trung
bình là 4% vào năm 2001; 6,5% vào năm 2006 và 6,65% vào năm 2011.
Nhu cầu phụ tải của Indonexia: Năm 2001, tổng công suất lắp đặt ở
Indonexia là 37,738 MW, so với 36.113MW năm 1999. Công suất do Công ty

Điện lực Quốc gia (PLN) quản lý năm 2004 là 24.321 MW, 43% trong số đó
là nhiệt điện than, 24% là nhiệt điện khí, 14% là nhiệt điện dầu, 10% thủy
điện và 5% địa nhiệt. Theo dự kiến, tới năm 2013 tổng công suất của PLN lên
tới 41.882MW. Hiện nay kinh tế Indonexia có mức tăng trưởng hơn 4%/năm
và nhu cầu điện đang gây sức ép lớn đối với hệ thống điện hiện hữu.
Bảng 1.2 dự báo công suất lắp đặt của PLN (MW).
Năm

Java - Bali

Những bán đảo khác

Tổng cộng

2003

18.658

5.573

24.231

2004

18.658

5.573

24.231

2005

19.516

6.292

25.808

2007

22.066

7.226

29.292

2010

24.431

9.662

35.093


- 14 -

2013

30.671

11.211

41.882

Để tiến kịp nhu cầu, trong mười năm tới PLN dự định lắp đặt thêm 17.651
MW công suất mới, mặc dù chính phủ u cầu phải có 24.000MW công suất
mới. Đây là mức tăng trưởng thấp hơn nhiều so với dự báo vào đầu thập niên.
Theo dự báo, tới năm 2010 công suất điện phải đạt 56 GW và năm 2020 là 83
GW.
Nhu cầu tiêu thụ điện năng tăng cao đã gây ra áp lực rất mạnh cho các Tổng
Cơng Ty Điện Lực, ngồi việc xây dựng mới, còn phải nâng cấp, mở rộng các
trạm hiện hữu để đáp ứng nhu cầu tiêu thụ điện năng. Việc nâng cấp mở rộng
trạm khơng chỉ địi hỏi nguồn tài chính, mà cịn cần phải có diện tích để lắp
đặt thêm thiết bị, mở rộng thêm ngăn lộ. Đấy cũng là một trở ngại rất lớn và
là động lực cho việc phát triển những công nghệ trạm khác như GIS, HIS,
DTC cần ít diện tích, đáp ứng nhu cầu cho các nhà đầu tư, các tổng công ty
điện lực.
1.2 Xu thế tự do hóa điện lực - Thị trường điện lực:
Tự do hóa điện lực là con đường tất yếu đối với sự phát triển ngành
điện lực để đảm bảo sự phát triển bền vững và lợi ích của người tiêu thụ. Sự
độc quyền trong điện lực khơng những chỉ kìm hãm sự phát triển vì khơng có
cạnh tranh, khơng có đủ nguồn tài chính để phát triển nguồn và lưới, mà còn
là nguyên nhân dẫn đến giá thành cao, mà chất lượng điện năng khơng được
kiểm sốt và khơng đáp ứng đủ nhu cầu.
Trong mơi trường tự do hóa điện lực đã buộc các nhà đầu tư điện lực
phải giải bài toán kinh tế khi lựa chọn giải pháp, phương án đầu tư. Các khách
hàng tiêu thụ điện có quyền lựa chọn cho mình nhà cung cấp điện tốt nhất.

- 15 -

Ngành điện lực Việt Nam đang dần dần xóa bỏ độc quyền. Trước hết đa
dạng hóa hình thức đầu tư và kinh doanh trong lĩnh vực phát điện, huy động
vốn và các nguồn lực trong xã hội; thu hút sự tham gia của các nhà đầu tư
trong và ngồi nước. Tiến trình hình thành thị trường điện ở Việt Nam được
diễn ra như sau:
Đối với nhà máy điện NMĐ: Từng bước thực hiện cổ phần hóa các
NMĐ, chuyển các NMĐ thuộc EVN thành các NMĐ độc lập. Cho phép xây
dựng các nhà máy điện dạng IPP hay BOT. Các NMĐ chỉ bán điện trực tiếp
cho EVN thông qua chào giá cạnh tranh.
Đối với các Công ty Truyền tải điện: Vẫn duy trì bản chất độc quyền
trong thời gian tới. Nhà nước vẫn nắm giữ và điều hành các hoạt động của các
Công ty Truyền tải điện từ người mua duy nhất (EVN) và phân phối đến các
Công ty Điện lực.
Đối với các Công ty phân phối điện năng: Thực hiện chuyển đổi trở
thành đơn vị độc lập với EVN dưới hình thức Cơng ty mẹ - Cơng ty con. Do
việc chuyển đổi thị trường điện thực tế không ảnh hưởng nhiều đến hoạt động
của các Công ty phân phối điện do vậy vẫn giữ nguyên chức năng kinh doanh
là độc quyền phân phối điện năng cho khách hàng.
Đối với khách hàng: Tiếp tục chịu mua điện từ Công ty phân phối điện
duy nhất trong phạm vi địa lý do bởi các cơ sở hạ tầng của ngành điện trong
giai đoạn này có thể chưa đáp ứng được yêu cầu của khách hàng mua điện
trực tiếp từ nhà sản xuất theo mơ hình của thị trường điện cạnh tranh hồn
tồn. Tuy nhiên đối với khách hàng có phụ tải lớn có thể mua điện trực tiếp từ
các nhà máy điện hoặc thơng qua lưới truyền tải của EVN. Có nghĩa là khách
hàng đã bắt đầu có quyền lựa chọn người cung cấp.


- 16 -

1. 3 Ràng buộc của môi trường
Các trạm biến áp thường được xây dựng ở những nơi có nhu cầu cung
cấp điện, đó là những vùng dân cư, kinh doanh buôn bán, khu công nghiệp,
khu chế biến, phục vụ cho sự phát triển của nông lâm nghiệp v.v... Đặc biệt
cơng nghiệp đã đóng góp tiêu thụ một tỉ lệ sản lượng đáng kể, có thể lên đến
60% đến 70%. Các trạm cung cấp điện cho khu công nghiệp, có thể phải đặt
trong mơi trường rất khắc nghiệt như nhà máy xi măng, nhà máy hóa chất,
khai thác mỏ hoặc trong mơi trường biển. Trong những trường hợp đó, trạm
biến áp cách điện khơng khí đặt ngồi trời trở nên kém hiệu quả và ảnh hưởng
đến sự cung cấp điện. Hơn nữa, ngay cả những trạm cách điện không khí đặt
ngồi trời khơng cịn hợp lý nữa khi ở trong thành phố yêu cầu mức độ mỹ
quan cao hoặc khơng có đủ diện tích hoặc giá đất q cao. Những ràng buộc
và yêu cầu đó đã khiến các nhà chế tạo cho ra đời những công nghệ GIS, HIS
hay DTC.
1.4 Tính chi phí vịng đời của trạm biến áp.
Cạnh tranh hóa trong thị trường điện lực là động lực khiến các công ty
điện lực hoặc các nhà đầu tư phải thay đổi tư duy để lựa chọn phương án tối
ưu. Phương án tối ưu phải là phương án tối ưu cho cả vịng đời của dự án, chứ
khơng phải chỉ tính đến tối ưu vốn đầu tư ban đầu. Hiện nay ở Việt Nam,
người ta chỉ tính đến chi phí ban đầu để lựa chọn phương án tối ưu cho trạm.
Điều đó, chắc chắn sẽ làm thiệt hại rất lớn cho các nhà đầu tư mà có thể họ
khơng hình dung nổi.
Chí phí tổng thể cho một trạm biến áp gồm chi phí đầu tư và chi phí
vận hành và bảo dưỡng trong suốt thời gian hoạt động của nó. Thời gian vận
hành của trạm được khuyến cáo của nhà chế tạo và còn gọi là tuổi thọ hay


- 17 -

vòng đời của thiết bị. Như vậy, nếu chỉ tính đến chi phí ban đầu để lựa chọn
phương án đầu tư là rất không đầy đủ. Thông thường một cách định tính, nếu
vốn đầu tư ban đầu cao, thì chất lượng, độ tin cậy cao đồng thời chi phí vận
hành và bảo dưỡng giảm. Và ngược lại chi phí đầu tư nhỏ, thì chất lượng, độ
tin cậy thấp và chi phí vận hành, bảo dưỡng lại cao. Hiện nay, trên thế giới
người ta sử dụng phương pháp chi phí vịng đời để tìm ra giải pháp tối ưu khi
xây dựng trạm biến áp. Đây là phương pháp tính tốn một cách định lượng để
tìm ra chi phí tổng thể cho một trạm. Dựa trên phương pháp chi phí vịng đời,
có thể tìm ra những chi phí vịng đời của từng cơng nghệ khác nhau. Từ kết
quả đó, ta có thể chọn đuợc cơng nghệ tối ưu nhất cho trạm, đó là cơng nghệ
có chi phí vịng đời nhỏ nhất.


- 18 -

CHƯƠNG II
CÁC LOAI CƠNG NGHỆ CHÍNH CỦA TRẠM CAO ÁP

Trong nội dung chương này học viên giới thiệu sơ bộ về các loại công
nghệ trạm cao áp. Hiện nay tồn tại các loại công nghệ chủ yếu sau:
- Trạm cao áp ngồi trời cách điện khơng khí (Air-Insulated Switchgear
- AIS)
- Trạm đóng cắt hợp bộ ngồi trời (Dead Tank Compact - DTC)
- Trạm đóng cắt tích hợp cao (Highly Integrated Switchgear - HIS)
- Trạm đóng cắt cách điện khí FS6 (Gas-Insulated Switchgear - GIS)
Đặc điểm của từng loại cơng nghệ cũng như phạm vi ứng dụng của nó sẽ
được mơ tả dưới đây.
2.1- Trạm cao áp ngồi trời cách điện bằng khơng khí (Air Insulated
Substation - AIS):
Đây là loại trạm truyền thống được phát triển từ thời ban đầu của lĩnh vực

truyền tải và phân phối điện năng . Hiện nay, loại trạm nay vẫn được sử dụng
rất phổ biến.
Đặc điểm chính của loại trạm này:
- Gồm các phần tử riêng rẽ như máy cắt (CB), dao cách ly (DS), máy
biến dòng diện (CT), biến điện áp (CVT), chống sét (SA), máy biến
áp lực (PT). Các phần tử này được nối liên kết với nhau bằng dây
dẫn hoặc thanh dẫn, nhìn thấy được. Hơn nữa chúng khơng được
bao bọc trong vỏ kim loại cách điện, trừ máy biến áp lực.
- Cách điện giữa các thiết bị với nhau, giữa các pha với nhau và với
đất bằng khơng khí.


- 19 -

- Đặt ngồi trời và địi hỏi một diện tích mặt bằng rộng, độ cao đủ lớn
để đảm bảo yêu cầu cách điện an toàn cho con người và thiết bị.
Tùy cấp điện áp khác nhau mà diện tích của trạm được yêu cầu
tương ứng.
- Được sử dụng rất phổ biến và cũng rất kinh tế cho những vùng nông
thôn hoặc vùng đất rộng hoặc không bị ràng bụộc tuân thủ những
tiêu chuẩn về môi trường và mỹ quan cao.
Hình ảnh thực thế của một trạm AIS được thể hiện trên hình H.2.1 và 2.2.

Hình 2.1: Trạm biến áp ngồi trời cách điện khơng khí (AIS)


- 20 -

Hình 2.2: Trạm biến áp ngồi trời cách điện khơng khí (AIS)
Hình H 2.3 biểu diễn sơ đồ mặt bằng của trạm AIS 110kV, trạm này đấu nối

theo sơ đồ hình H gồm 2 ngăn lộ máy biến áp, hai ngăn lộ đường dây và một
máy cắt phân đoạn. Tổng diện tích cho tram này yêu cầu là 1100 m2, chưa kể
đến diện tích của nhà điều khiển, nhà bố trí thiết bị trung áp, phịng cung cấp
điện một chiều cho hệ thống điều khiển bảo vệ và các phịng chức năng khác
như bảo vệ .

Hình 2.3: Mặt bằng bố trí thiết bị trạm AIS, sơ đồ hình H.


- 21 -

Trong thực tế cho thấy để xây dựng được một trạm biến áp 110kV với quy
mô 02 ngăn máy cắt tổng và một ngăn máy cắt liên lạc, 02 máy biến áp, sơ đồ
kết dây hình H gồm 5 máy cắt điện thì diện tích cần thiết là: 1800m2.
2.2 - Trạm đóng cắt hợp bộ ngồi trời (DTC)
Để có thể mở rộng thêm ngăn lộ cho trạm hiện hữu AIS trong khi diện tích
của trạm bị giới hạn hoặc trong trường hợp có mơi trường ơ nhiễm cao. Nó
cũng có thể được xem xét sử dụng trong những trường hợp giới hạn về tài
chính khơng cho phép dùng trạm GIS.
Đăc điểm chính của DTC:
- DTC là sự sắp đặt hợp bộ của một số chức năng cần trong trạm. Các
phần tử của DTC là máy cắt có vỏ bọc cách điện, gắn hợp bộ với
một hoặc hai máy biến dòng điện, một hoặc nhiều dao cách ly, dao
nối đất và một số bushing để nối đến hệ thống thanh cái.
- DTC được thiết kế dưới dạng môdun: môdun máy cắt, mơdun máy
biến dịng, mơdun dao cách ly và dao nối đất, môdun sứ xuyên…Tất
cả các môdun đuợc đặt trên một bộ chung cho mỗi một lộ
- Do thiết kế kiểu mơdun và hợp bộ nên có thể áp dụng cho các loại
sơ đồ rất khác nhau, nhưng chi phí thiết kế, lắp đặt cũng như xây
dựng rất nhỏ so với trạm AIS.

Hình 2.4, 2.5 đưa ra một số kiểu sơ đồ của DTC: hệ thống DTC cho lộ
vào/ra, hệ thống DTC một thanh góp, hệ thống DTC hai thanh góp, hệ thống
DTC cho mạch một máy cắt kết hợp với dao nối đất để


- 22 -

Hình 2.4: Máy cắt DTC cho lộ vào/ra


- 23 -

Hình 2.5: Một số kiểu sơ đồ DTC
Chú thích hình 2.4; 2.5: 1. Máy cắt; 2. Dao cách ly/dao nối đất; 3. Biến
dòng điện; 4. Sứ xuyên cách điện khơng khí hoặc khí SF6; 5. Tủ điều khiển; 6.
Bộ tuyền động lò so của máy cắt; 7. Bộ truyền động cho dao nối đất ngoài
trời.


- 24 -

Hình 2.6: Mặt cắt của DTC áp dụng cho các kiểu sơ đồ khác nhau
Chú thích hình 2.6: 1. Đầu nối ; 2. Thanh dẫn ; 3. Sứ xun cách điện; 4.
Biến dịng điện; 5. Đĩa sả khí và áp lực; 6. buồng cắt; của máy cắt; 7. Vỏ bọc
kim loại; 8. Phần ngăn cách điện; 9. Dao cách ly; 10. Dao tiếp đất; 11. vỏ
bọc kim loại cho phần nối góc; 12. Dao tiếp đất ngồi trời.
Hình 2.7 cho thấy tồn bộ mơ hình khơng gian trạm DTC 110kV lắp đặt hình
H. Thực tế cho thấy đối với sơ đồ hình H, trạm cơng nghệ DTC 110kV chỉ
cần diện tích 730m2 cho tồn bộ thiết bị ngồi trời, trong khi trạm AIS cần
diện tích mặt bằng 1100m2. Qua đó, ta thấy rằng trạm DTC đã tiết kiệm được

30% diện tích mặt bằng so với trạm AIS.

Hình 2.7: Mơ hình khơng gian trạm DTC 110kV, sơ đồ hình H


- 25 -

Ưu điểm của công nghệ máy cắt cao áp kiểu DTC :
- Tiết kiệm được diện tích đất xây dựng, làm giảm tổng giá thành đầu
tư khi mà trạm được xây dựng ở nơi giá đất cao.
- Các thiết bị được chế tạo theo kiểu trọn bộ, lắp đặt nhanh chóng , chi
phí lắp đặt và xây dựng thấp.
- Chịu được trong môi trường ô nhiễm nặng
Công nghệ DTC mới được nghiên cứu phát triển vài năm trước đây, nhưng
cũng đã được ứng dụng rất nhanh chóng trong lĩnh vực điện lực.
2.3. Trạm biến áp tích hợp cao (HIS)
Trạm công nghệ HIS là sự kết hợp giữa các mơdun vỏ bọc kim loại cách
điện khí SF6 và những phần tử cách điện khơng khí mà có thể làm việc trong
điều kiện đặt ngồi trời.
Cơng nghệ cách điện bằng khí SF6 được sử dụng trong ngành truyền tải
và phân phối điện xuất hiện trên 40 năm nay, là chất có khả năng tuyệt hảo về
cách điện và dập hồ quang. SF6 cho phép giải quyết nhiều bài toán cách điện
cho các hệ thống điện có cơng suất lớn, kích thước nhỏ gọn mà khơng cơng
nghệ nào có thể thực hiện, đặc biệt là trong lĩnh vực cao áp, thiết bị đóng cắt
SF6 có thể chịu được những điện áp cao nhất, sử dụng không gian nhỏ nhất,
và trong nhiều trường hợp đã thay thế dầu và khơng khí là những môi chất
cách điện và dập hồ quang truyền thống.
Từ những ưu điểm của SF6 các nhà sản xuất đã không ngừng cải tiến và
đưa ra giải pháp HIS and GIS mới thay thế cho giải pháp AIS truyền thống
khi cần thiết bị làm việc trong những môi trường khắc nghiệt, diện tích bị giới

hạn hoặc địi hỏi độ tin cậy cao.