Nghiên cứu tính toán điện áp quá độ phục hồi lưới điện truyền tải - áp dụng đối với đường dây 500 kV Quảng Trạch - Dốc Sỏi

Bài viết Nghiên cứu tính toán điện áp quá độ phục hồi lưới điện truyền tải - áp dụng đối với đường dây 500 kV Quảng Trạch - Dốc Sỏi trình bày quá trình nghiên cứu và mô phỏng tính toán TRV cho máy cắt đường dây truyền tải 500 kV, áp dụng đối với phân đoạn Quảng Trạch - Dốc Sỏi.

NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN ĐIỆN ÁP QUÁ ĐỘ PHỤC HỒI LƯỚI ĐIỆN TRUYỀN TẢI - ÁP DỤNG ĐỐI VỚI ĐƯỜNG DÂY 500 KV

QUẢNG TRẠCH - DỐC SỎI

Nguyễn Nhất Tùng

Trường Đại học Thủy lợi, email: tungnn@tlu.edu.vn

1 GIỚI THIỆU CHUNG

Hệ thống truyền tải điện luôn phải chịu

đựng quá điện áp mà nguyên nhân chủ yếu là

do quá điện áp khí quyển hoặc do các thao

tác đóng cắt (bình thường/sự cố) khi vận

hành Quá điện áp do nguyên nhân thứ 2 gọi

là quá điện áp nội bộ Quá điện áp nội bộ

được chia thành 2 loại: quá điện áp tạm thời,

do dao động điện áp ở tần số công nghiệp

hoặc bị nhiễu loạn, diễn ra trong một khoảng

thời gian dài; quá điện áp đóng/cắt do sự thay

đổi đột ngột trạng thái của một số phần tử

trong hệ thống điện và thường xuất hiện

trong thời gian ngắn [1], Bảng 1

Bảng 1 Các dạng quá điện áp trên lưới điện [1]

TT Khoảng tần

số dao động Dạng sóng Loại quá điện áp

1 0,1 Hz -

3 kHz

Dao động tần số thấp

Quá điện áp tạm thời

2 50/60 Hz -

20 kHz

Sóng chậm

Quá điện áp đóng cắt

3 10 kHz -

3 MHz

Sóng nhanh Quá điện áp sét

4 100 kHz -

50 MHz Sóng cực

nhanh

Quá điện áp phóng điện lặp lại

Trong quá trình hoạt động, các máy cắt của

lưới điện truyền tải khi mở tiếp điểm (ngắt

điện) làm xuất hiện điện áp phục hồi và có thể

gây ra những nguy hiểm cho thiết bị và hệ

thống Tại thời điểm ngắt điện, sự gián đoạn

đột ngột của dòng điện sẽ gây ra hiện tượng điện áp cảm ứng, là nguyên nhân chính sinh ra quá điện áp phục hồi (Transient Recovery Voltage - TRV), Hình 1 Các ảnh hưởng của giá trị TRV về lâu dài sẽ gây ra ảnh hưởng đến tiếp điểm của máy cắt, nếu nó vượt quá giá trị chịu đựng xung đóng cắt của máy cắt

Hình 1 Dạng sóng điện áp phục hồi

Giá trị TRV phụ thuộc vào: dạng sự cố, vị trí sự cố, thời gian xuất hiện sự cố và đặc biệt

là cấu hình/cấu trúc vận hành của hệ thống

Do vậy, một số trường hợp sự cố sẽ phải được phân tích tính toán Trong mỗi trường hợp tính toán, việc mô phỏng xác suất xuất hiện ngẫu nhiên giá trị TRV cần được xem xét để tìm ra giá trị xấu nhất, có giá trị cao nhất Có hai thông số quan trọng trong nghiên cứu TRV là biên độ cực đại TRV và tốc độ gia tăng quá điện áp phục hồi (Rate of Rise of Recovery Voltage - RRRV) trong suốt quá trình dao động điện áp

Bài báo nghiên cứu phương pháp sử dụng phần mềm EMTP -RV để mô phỏng và tính toán TRV cho trường hợp máy cắt đường dây; từ đó đưa ra một số giải pháp nhằm làm giảm giá trị TRV nguy hại đến lưới điện Đối tượng được áp dụng của bài báo là đường dây

500 kV Quảng Trạch - Dốc Sỏi

2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Phương pháp luận tính toán TRV

cho máy cắt đường dây

Thời điểm xuất hiện của các sự cố là ngẫu

nhiên, và thời gian các máy cắt thực hiện cắt

là không xác định chính xác, do đó, mô

phỏng phân bố xác suất với 100 lần tính toán

ứng với các thời điểm này được thực hiện để

tính toán TRV

Đối với đường dây 500 kV, 02 mô hình

thường được xem xét để xác định các điểm

tính toán ngắn mạch [2, 3,4], Hình 2 Trong

đó, với đường dây có tụ bù dọc, Hình 2a,

đường dây truyền tải được chia làm 06 điểm

tính ngắn mạch; tương ứng 04 điểm với

đường dây không có tụ bù dọc, Hình 2b

a) Các vị trí tính ngắn mạch -

đường dây có tụ bù dọc

b) Các vị trí tính ngắn mạch - đường dây

không có tụ bù dọc Hình 2 Các vị trí tính toán ngắn mạch

xác định TRV

Tuy nhiên, theo kinh nghiệm tính toán, giá

trị TRV thường xuất hiện lớn nhất khi sự cố

tại 2 đầu đường dây; đặc biệt với 02 loại

ngắn mạch: ngắn mạch 3 pha và ngắn mạch 2

pha không chạm đất [5]

2.2 Phân bố xác suất của thời điểm sự

cố và thời điểm mở của máy cắt []

a Thời điểm sự cố được phân bố xác suất

như sau:

Khoảng phân bố: 15±10 ms

Đối với ngắn mạch 3 pha, ngắn mạch cả 3 pha là cùng một lúc được xem xét

Thời điểm mở máy cắt được xác định như sau: Thời điểm mở pha đầu tiên (giả sử pha a) được phân bố theo luật chuẩn như sau:

- Thời điểm mở các pha tiếp theo (pha b và pha c) được phân bố theo luật Gaussian như sau:

1.667 ms Khi tính toán, xác suất để xảy ra sự cố tại một trong các thời điểm trong một chu kỳ tần

số công nghiệp (50Hz) là như nhau Do đó, phân bố xác suất của thời điểm sự cố là phân

bố chuẩn trong khoảng thời gian 1 chu kỳ:

2 50 ms

Tương tư như vậy, thời điểm mở pha đầu tiên của máy cắt (khi không có thiết bị lựa chọn thời điểm cắt) cũng có xác suất xảy ra như nhau tại một trong các thời điểm trong khoảng thời gian 1 chu kỳ tần số công nghiệp Phân bố xác suất của thời điểm mở pha đầu tiên của máy cắt sẽ là:

50 10

C

Đối với các pha còn lại, theo tiêu chuẩn [1] đối với việc vận hành mở máy cắt như sau: khi không có yêu cầu đặc biệt, thời gian lệch nhau lớn nhất giữa các pha trong quá trình vận hành mở không được vượt quá 1/6 chu

kỳ tần số Tức là khoảng phân bố sẽ bằng:

1 1 1000

1, 667

0,556 3

ms ms





(2)

b) Lựa chọn giá trị TRV Trên cơ sở khuyến cáo trong báo cáo

“Tính toán giá trị điện áp phục hồi máy cắt 500kV” đã được Tổng công ty Truyền tải điện Quốc gia phê duyệt [6], chấp nhận rủi ro

5% trong 100 lần tính toán giá trị TRV

100 lần tính toán)

3 TÍNH TOÁN ĐƯỜNG DÂY 500 KV

QUẢNG TRẠCH- DỐC SỎI

3.1 Mô hình mô phỏng

Đường dây 500 kV Quảng Trạch - Dốc Sỏi

chiều dài 500 km, là đường dây mạch kép, sử

dụng loại dây dẫn 4ACSR330/43, với 02 lần

đảo pha hoàn toàn Mô hình đường dây

FDLine (Frequency Dependent Line), các

phụ tải tập trung ở hai đầu, sử dụng phần tử

Load-low Bus, được đưa vào mô phỏng trên

phần mềm EMTP-RV, Hình 3 Các tụ bù dọc,

kháng bù ngang, chống sét van được mô

phỏng dựa trên phần tử phi tuyến ZnO

Hình 3 Mô phỏng đường dây 500 kV

Quảng Trạch - Dốc Sỏi

3.2 Kết quả mô phỏng

Kết quả mô phỏng TRV và RRRV của

máy cắt trong trường hợp đóng đường dây

không tải được thể hiện trên Hình 4

0 20 40 60 80 100 120

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

Simulation number

ABSBAR

m in: 0.18022 max: 0.81119

m in: 0.24511 max: 0.81294

m in: 0 m ax: 0.78863

DEV2/TRV1a_pu@control_max@1 DEV2/TRV1c_pu@control_max@1

0 20 40 60 80 100 120

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

Simulation number

ABSBAR

min: 0.34437 max: 0.35589

min: 0.32053 max: 0.35952

min: 0 max: 0.35717

DEV2/RRRV1a@control_max@1 DEV2/RRRV1c@control_max@1

Hình 4 TRV (a) và RRRV (b) khi đóng máy

cắt Quảng Trạch - chế độ không tải

Các mô phỏng ngắn mạch trong các trường hợp khác nhau được thực hiện và cho thấy, Bảng 2, giá trị TRV lớn nhất là 1,76pu, nằm

trong giá trị cho phép theo tiêu chuẩn [1]

Bảng 2 Kết quả tính toán TRV và RRRV trong trường hợp đóng máy cắt tại TBA

Phụ tải Đầu phía

Giá trị lớn nhất TRV

(pu)

RRRV (kV/μs)

Điện áp (kV)

100%

Dốc Sỏi 1.7604 0.5657 737.5 Quảng

Trạch 0.8129 0.3595

75%

Dốc Sỏi 1.6305 0.5379 Quảng

Trạch 0.8031 0.3436

4 KẾT LUẬN

Bài báo đã trình bày quá trình nghiên cứu

và mô phỏng tính toán TRV cho máy cắt đường dây truyền tải 500 kV, áp dụng đối với phân đoạn Quảng Trạch - Dốc Sỏi Kết quả cho thấy các giá trị TRV đều trong phạm vi cho phép của tiêu chuẩn IEC liên quan Tuy nhiên, đây là các tính toán cơ bản nhất, còn nhiều tính toán liên quan, như lựa chọn điện trở đóng máy cắt…, để đánh giá tổng quan về vấn đề này

5 TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] IEC 62271-100:2021: High-voltage switchgear and control-gear - Part 100: Alternating-current circuit-breakers

[2] Nguyễn Hồng Anh, “Nghiên cứu quá điện

áp phục hồi trong hệ thống điện Việt Nam”, Báo khoa học và công nghệ, Đại học Đà Nẵng [3] Lê Cao Quyền, Trần Quốc Tuấn, Lâm Du Sơn, Nguyễn Hồng Anh (2007), “Nghiên cứu quá trình quá độ điện từ trên hệ thống điện 500kV Việt Nam”, Báo khoa học và công nghệ, Đại học Đà Nẵng

[4] Nghiên cứu các biện pháp giảm điện áp phục hồi trên đường dây 500 kV Đà Nẵng-Thạnh Mỹ - Pleiku, Tạp chí khoa học và công nghệ, Đại học Đà Nẵng - số 4 (39).2010

[5] Cty cổ phần Tư vấn và Xây dựng Điện 1,

“TRV-Report Methodology”, 2010

[6] EVN, “Báo cáo tính toán giá trị điện áp phục hồi máy cắt 500 kV”.