Luận văn thạc sĩ nghiên cứu quá trình quá Độ trên lưới Điện cao thế khi Đóng cắt tụ bù ngang tại trạm biến Áp 220kv sóc sơn

18 Đúc Tùng quả độ đóng cắt tụ bù ngang và hiện tượng quả điện áp gây ra bởi quả trình nảy là rất cản thiết trong việc thiết kế lắp đặt và vận hanh tụ bủ ngang trên lưới điện cao thế Mụ

ĐẠI NAM

NGIIHIÊN CỬU QUÁ TRÌNH QUÁ DỘ TRÊN LƯỚI DIỆN

CAO THE KHI DONG CAT TU BU NGANG TAI

TRAM BIEN AP 220kV SOC SON

LUAN VAN THAC SY KY THUAT

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN

Hà Nội - Năm 2016

_BQ GIAO DUC VA DAO TAO

TRUONG DAI HOC BACH KHOA HA NOI

DAINAM

NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH QUÁ ĐỘ TRÊN LƯỚI ĐIỆN

CAO THE KHI DONG CAT TU BU NGANG TAI

TRAM BIEN AP 220kV SOC SON

LUAN VAN TIIAC SY KY TIIUAT

CHUYÊN NGÀNII KỸ THUẬT ĐIỆN

NGƯỜI HƯỚNG DẮN KHOA HỌC:

TS LE DUC TUNG

Hà Nội - Năm 2016

MUC LUC

LOL CAM DOAN

LOI CAM ON

DANH MỤC BẰNG

DANH MỤC HÌNH VÉ

MO DAU

CHUONG 1: TONG QUAN VE TU BU NGANG TRONG LI

DIEN CAO THE

1.1.3 Tăng khá năng tải của hệ thống - - 1

1.1.5 Giảm gánh nặng về công suất nói chung 12 1.2 Các phương pháp lắp đặt tụ bủ ngang, - - 12

1.2.1 Các kiểu điều khiển dùng cho tụ bù ngang đóng cắ 13

1.2.2 Cac kiểu đầu nối bộ lụ bù ngàng ba phá - 13

1.2.3 Thiết bị bù tỉnh điều khiển bằng thyristor (SVC — Static Var

1.3 Giới thiệu lụ bú ngang đặt tại trạm biển ép 220kV Sóc Son 15

CHƯƠNG 2 : CÁC QUÁ TRÌNII QUÁ ĐỘ XÂY RA KIH ĐÓNG CẮT

Đại Nam 1

Tuuận văn thạc sĩ kỹ thuật GYAN : TS 18 Đúc Tùng

2.2.2 Trường hợp xáy ra quá điện áp động học - 22 2.2.3 Trưởng hợp cĩ sự khuếch đại điện áp 23

2.2.4 Quá điện áp pha pha 24

2.25 Trường hợp phĩng điện trước xảy ra trong thiết bị chuyển

2.2.6 Trường hợp xây ra khi đĩng, cắt bộ tụ bù ngang ghép song song 25 2.2.7 Phĩng diện trở lại của bộ tụ bù ngang - 25 2.3 Một số phương pháp hạn chế quá điện áp gây ra bới quá trình đĩng

2.3.1 Sử dụng điện trở đặt trước để làm giảm biên độ quá điện áp và

2.3.2 Sử dụng điện cám đặt trước hoặc điện cám õ định đề làm giám biên

độ quá điện áp và dịng điện trần 29

2.4 Ảnh hưởng của việc chuyển mạch tụ bù ngang tới lưới điện ao thé va các biện pháp hạn chế quá diện áp - 30 CHƯƠNG 3 MƠ PHONG QUÁ TRINH QUA DO KHI THAO TAC

CIIUYEN MACII TU BU NGANG TAI TRAM BIEN AP 220KV SOC

3.1 Giới thiệu về chương trình ATP-EMTP 32

3.2.2 Nhập số liệu các phần Lử hệ thống điện trong vi dụ mê phỏng37

Dai Nam 2

c Đóng máy cất qua điện trở $7

e ‘Tach điện trở sau khi đóng máy cắt - - 69

3.2.3.2 Tính toán, mô phỏng quá trình cắt bộ tụ bủ ngang 73 3.3 Đánh giá, nhận xét các kết quả tính toán và mô phỏng - T71

3.3.1 Dóng máy cắt trực tiếp bộ tụ bù ngang 77

3.3.2 Đóng máy oắt bộ tụ bù ngang thông qua cuộn kháng và điện trở 78

Tuuận văn thạc sĩ kỹ thuật GYAN : TS 18 Đúc Tùng

LOI CAM DOAN

Tôi xin cam đoan đây là luận văn của riêng tôi Nội dung, số liệu được tập hợp từ nhiễu nguỗn khác nhau Thuyết minh, mô phỏng và kết quả tính toán

được bán thân tỏi thực hiện

Hà Nội, ngày 10 tháng 04 nằm 2016

Đại Nam khóa CH2014B

LOI CAM ON

Tôi xin chân thành cảm ơn các thấy giáo, nô giáo trong Bộ môn Hệ Thống Điện trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, cản bộ công nhân viên thuộc

Trạm biến áp 220kV Sóc Sơn và bạn bẻ, đẳng nghiệp đã giúp đỡ và tạo điêu

kiện thuên lợi cho tôi thực hiện hoàn thành luận văn này Đặc biệt tôi xin bảy

16 léng biết ơn sấu sắc tới thầy giáo 1S Lê Dức Tùng thấy đã tận tỉnh quan

tâm hướng dẫn giúp đỡ tôi xây đựng và hoàn thành luận văn này

Vì thời gian và kiến thức côn hạn chế nên ban luận văn này không thé tránh khỏi nhiều thiếu sót, tôi rất mong nhận được sự góp ý của các thây cô, bạn bẻ và đồng nghiệp dé ban luận văn nây ngày càng hoản thiện

Tôi xm chân thành cầm on!

Đại Nam §

Tuuận văn thạc sĩ kỹ thuật GYAN : TS 18 Đúc Tùng

DANH MUC BANG

Bang 1.1 Bảng tôm tắt lợi ¡ch khi ứng dụng các tu ba ngang

Bang 1.2 Théng số một bình tụ

Bang 1.3 Thông số tổ hợp dan tu (3 pha )

Bang 1.4 Thông số các bình

Bang 3.1 Bảng giá trị điện áp và dòng điện trường hợp đóng tụ trực tiếp khi trị

số điện áp tức thời pha A cực đại

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Câu tạo và nguyên lý hoạt động của SVC

Hình 2.1 Sơ đồ biểu diễn đóng cắt tụ điện độc lập vào hệ théng

Hình 2.2 Mạch lương dương cho trường hợp nạp điện bằng nguồn câm ứng

chu ki

Hinh 2.3 Sơ đô hệ thống xây ra quá điện áp động học

Bình 2.4 Bỏ tụ đóng vào nguồn điện cao

1Hình 2.5 LIệ thông mô tá quả điện áp trên tụ khi đóng cắt tụ

Hinh 2.6 Điện áp trên tụ khi đóng cắt tụ tại thời điểm †=0,02s

Hình 2.7 Dóng diện trần qua tụ khi dóng cất tụ tại thời diễm t=0,02s

Ilinh 2.8 I1é théng mé ta đóng cắt tụ điện khi có điện trở đặt trước

Hình 2.9 Điện áp trên tụ điện khi có điện trở đặt trước

Hình 2.10 Dòng điện trần qua tụ điện khi có điện trớ đặt trước

Tình 2.11 Iiệ thông mê tả đóng cắt tụ điện khi có điện căm đặt trước

Hình 2.12 Điện áp trên lu điện khi có điện câm đại trước

Hinh 2.13 Dòng diện trần qua tụ điện khi có diện cảm dặt trước

Hình 3.1 Tổng quan vé cac modules trong ATP-EMTP

Hinh 3.2 Sơ đồ một sợi trạm bị

m áp 220kV Sóc Sơn

Hình 3.3 Mô hình và nhập số liệu cho nguồn điện AC 3 pha

Hình 3.4 Mô hình và nhập số liệu cho đường, dây

Hình 3.5 Mô hình và nhập số liên cho máy biển áp AT1, AT2

Hình 3.6 Mô hình và nhập số liệu cho tụ bù ngang

Tinh 3.7 Mô hình và nhập sé liệu cho phụ tãi

Hình 3.8 Mê hình thay thế trạm biển áp 220kV Sóc Sơn

Đại Nam 7

Tuuận văn thạc sĩ kỹ thuật GYAN : TS 18 Đúc Tùng

quả độ đóng cắt tụ bù ngang và hiện tượng quả điện áp gây ra bởi quả trình nảy

là rất cản thiết trong việc thiết kế lắp đặt và vận hanh tụ bủ ngang trên lưới

điện cao thế

Mục đích nghiên cứu đề tài này của tác giả là đưa ra cho người đọc một số hiện tượng quả trinh quá độ và các giải pháp thiết kế lắp đặt thiết bị hỗ trợ làm giảm, hạn chế hiện lượng quả độ trên bằng các phương pháp đóng cắt tụ bù

ngang kháo nhau bằng phần mềm mô phỏng ATP-EMTP, rồi từ đó đưa ra cáo

nhận xét, đánh giá và kiến nghỉ

Trong luận văn nay, déi tương được tác gia chọn để nghiên cứu quá trình dong cit máy cắt bộ tụ bủ ngang lá trạm biến áp 220kV Sóc Sơn thuộc Công ty truyền tái điện 1 — Tổng công 1y truyền tải điện quốc gia

Kết quả nghiên cửu của để tài nảy có thể đúng làm tài liệu tham kháo,

một phần kết quả có thể được sử dụng vào trong thực tế, từ đỏ có thể tư vẫn cho đơn vị sử dụng các phương pháp làm giảm thiểu ảnh hưởng của quả trình

thao tác như: chọn thời điểm đóng cất, bộ trở đóng cắt, tuy nhién két qua nghiên cứa côn đơn giản vì lược bỏ đi nhiều yếu tế, so dé mé ta tram con don giản ( sơ đồ đơn và ko nhiều thanh cái, bộ qua điện dung của các đường dây truyền tải cũng như điện dung của các thanh cải ),

Nội đung của luận văn này được trình bày trong 3 chương :

Chương 1: Tổng quan về tu bù ngang trong lưới điện exo thể

Chương 2 : Các quá trình quá độ xảy ra khi đỏng cắt tạ bù ngang

Chương 3: Mô phỏng quá trình quá độ khi thao tác chuyển mạch tụ bù

ngang Lại trạm biển áp 220kV Sade Son bing phan mém ATP-EMTP

Đại Nam 8

CHƯƠNG 1:

TONG QUAN VE TU BU NGANG TRONG LUOI

DIEN CAO THE

1.1 ai trò của tụ bù ngang trong lưới điện của thể

Da số các phụ tải hệ thông điện và các thông số chính của hệ thống ( vi

đụ như đường đây và máy biến áp ) về ban chat déu cé tink cam, do vậy chúng yận hành tại một hệ số công suất thấp Khi vận hành tại một hệ số công suất thấp như vậy, một hệ thông điện đòi hẻi công suất phân kháng thêm vào, nêu

tài trong khí lợi ích trong luới điện phân phổi có thể thay đếi phụ thuộc vào

việc có hay không lợi ích sinh ra trong hệ thông khi lắp đặt tụ bù, hay khách

Điều kiên diện áp 1 1

Giảm tổn thất công suất trong hệ thông |2 1 Giảm gánh nặng vẻ công suất nói chung | - 1

Tuuận văn thạc sĩ kỹ thuật GYAN : TS 18 Đúc Tùng

1.1.1 Cung cấp công suối phân không

Cung cấp công suất phản kháng bao gồm nhiều lợi ích khác nhau như cải thiện điển khiển điện áp, giảm tổn thất công suất và công suât phân kháng yêu cầu tại máy phát, và tăng giới hạn ấn định tỉnh Dung lượng VAr được tiêu

chuẩn hoá kích cỡ và lắp đặt tại các trạm truyền tãi và phân phổi để cung cấp

công suất phân kháng cho tải hay để cung cấp hỗ trợ ö giữa các mạch truyều tâi

nặng

1.3 Diễu khiển điện áp

Ứng dụng các bộ tụ bù ngang trong hệ thông sẽ làm tăng điện áp từ điểm lắp dật đến nguồn Trong một hệ thông với hệ số công suất thấp, tụ bủ ngang,

có thé giảm động điện cảm truyền tải trên hé théng, do vậy sẽ làm giảm điện áp

roi trên hệ thông diện

Có một số công thức cỏ thê được sử dụng để tỉnh ước lượng độ tăng điện

áp khi các tụ được sử dụng, một công thức thường được sử dụng là :

QX, lor

AV=

Trong đó :

AV là độ tăng điện áp phân trăm tại vị trí lắp đặt tụ

U la dién áp pha — pha của hệ thống không có tụ vận hành

Q là công suất phản kháng 3 pha của tụ bu X- là điện kháng của hệ thống từ điểm lắp đặt tụ, Ohm

Tụ bử ngang thường được lắp đặt trên đường đây tuyển lãi lại các thanh

cái để hỗ trợ điều chính điện áp ở khoảng rộng Chủng được lắp đặt trên các

thanh cái phân phối và trực tiếp trên các thanh cái của khách hàng để cung cấp

sự hỗ trợ điệ

4p ở khoảng nhô hơn và bù công suất cho khách hàng riêng,

'Tụ bủ ngang lắp dat dễ điều chỉnh điện ap dược thường dược đóng trong,

giai đoạn đỉnh của tải hay điều kiện điện áp thấp và được cắt trong giai đoạn non 18 hay ede diéu kién dign ap vao

Dai Nam 10

1.1.3 Tang kha ning tai cũa hệ thống

Tang kha nang tải của hệ thống là lợi ích lớn nhất khi lắp đặt tụ bù ngang trên lưới truyền tải Nó đặc biệt đáng kế khi tải được cung cấp bởi một

hệ thống được tăng trướng rất nhanh Việc lắp thêm các bộ tụ bù ngang sẽ lam

giảm công suất phân kháng tải trên hệ thông, đo vậy tạo ra khả năng tải nó có

thé cung cấp cho phụ lãi tăng trưởng sau nảy

Hệ số còng suất tối ưu cho hệ thống khi chỉ lưu ý dến khả năng tải, có thế tóc lượng gắn đúng bằng cách sử dụng công thức sau :

Trong đó :

CC là chi phí trên một kilovar của Lụ

8 là chỉ phí trên kilovolamperes của thiết bị hệ thống,

PF lá hệ số công suải Lôi ưu

Dể tính toán công suất phán kháng cần thiết để điều chính đến một hệ số công suất cao hơn phải bù một lượng công suất bằng công suất phản kháng ở

hệ số cũ trừ di lượng công suất ở hệ số mới Công thức sau day dược sử dụng,

để xác định công suất này

Q=P [tan (cos PFei) - tan (cos PFw)]

Trong đỏ :

Ð là công suất kilowatt của hệ thông

Bà lượng công suất phân kháng lắp đặt thêm

Một cách đơn giản tìm hàng tương ứng với hệ số công suất hiện tại của

hệ thống và cột tương ứng là hệ số công suất mới Số tạt vị trí cắt hàng và cột được nhãn với công, suất kilowatt cia hệ thống dễ tính dược tổng lượng công, suất phản kháng cân thiết dé điểu chỉnh hệ số công suất

Đại Nam 11

Tuuận văn thạc sĩ kỹ thuật GYAN : TS 18 Đúc Tùng

1.1.4 Giảm được tốn thất công suất cũa hệ thông

Trên một hệ thẳng truyền tải và phân phối nào đó, việc lắp đặt các bộ tụ

bù ngang có thế đem lại sự giâm tốn thất công suất đáng kế

Việc lắp đặt các dãy tụ bù ngang có thể giám được dòng điện chạy qua

hệ thống từ nguồn đến điểm lắp đặt tụ Từ đó tốn thất công guật tỉ lệ trực tiếp

với bình phương của đông điện, một lượng giảm của dòng điện sẽ làm giảm

một lượng lớn tổn thất công suất,

115

lắm gánh nặng về công suất nói chưng

Từ việc áp dựng các bộ tạ bù ngang có thể làm giãm bớt công su! tác dung cua phy tai, diễu nảy có thé din dến giãm các chi phi chung khac

Tương chỉ phi phat sinh theo kilowatt cé thé tinh toán theo nhiễu cách khác nhau, bao gồm các phương pháp sau day:

a Lượng tiên cé định cho mỗi kilowatt cộng với lượng tiên cổ định chờ

mỗi kilovar

b Lượng tiễn nào đó cho mỗi kilowatt tai hay cao hơn một hệ số công,

suất nảo đó, cộng với chỉ phí từ mỗi KVAR tử việc vượt quá của

lượng yêu cầu bởi mật hệ số công suất nhỏ nhật

c Một chỉ phí trên kilowatt dòi hỏi dược nhân với một hệ số tăng với

việc giảm hệ số công suất

ád Một chỉ phí cố định trên đỉnh công suất tác đụng

1.2 Các phương pháp lắp đặt tụ bù ngang

Các bộ tù bà ngang có thể lắp đặt ngay trên các thanh cái của các trạm

biển ap, tram bi Thao tác dóng cắt tụ có thể thực hiện bằng câu dao, cầu chỉ đối với các tụ có dung lượng hạn chế, đối với các tụ có đưng lượng lớn có thể

thực hiện thao tác bing may cắt Trong rạng điện các phụ tỗi lớn hiện nay đã

sử dụng các thiết bị bu tinh SVC cé diéu khiển bang thyristor

Dai Nam 12

1.2.1 Các kiêu điều khiển dùng cha tự bù ngưng đẳng cắt

Quá trình đóng cắt các tụ bù ngang có thể thực hiện bằng cách điều

khiến bằng tay hay tư động bằng cách sử đụng một số kiểu điểu khiển thông

mình, Các loại điều khiển thông mình có thể được sử dụng trong điểu khiển tự

động bao gồm : đóng cắt theo théi gian, điện áp, đòng điện, điện áp — thời gian,

điện áp — dòng điện, nhiệt độ Các loại điều khiến phổ thông nhất là : điển

khiển theo thời gian, diện áp, điện áp dong

1.2.2 Các hiểu đếu nỗi bộ tạ bù ngang ba pha

Hộ tụ bủ ngang ba pha có thể được đầu nối Á, Yo hay Y Kiểu đầu nối

được sử dụng phụ thuộc váo :

a Chế độ làm việc của điểm trung tính

b Các yếu cầu về dây cháy

e Vị trí lắp đặt bệ tụ điện

đ Ánh hưởng đến hệ thông thông tin

'Thông thường các bộ tụ bủ nổi Yo chỉ được sử dụng trên các hệ thống sơ

cấp ba pha bốn đây

Tụ điện nổi Y không dùng trong các điều kiện sau đây [1]

~_ Trên các xuất tuyến cỏ các máy cắt đơn pha sử dụng ở phía nguồn

cung cấp

~_ Đối với các bộ Lụ bù ngang cổ định:

-_ Trên các phần đoạn, ở phia trước cầu chi phan doan bay các thiết

bị cắt đơn pha

- Trên các xuất tuyến có sự chuyển tãi công suất đột xuáL, 'Tuy nhiên các bộ tụ bủ ngang nổi Y sẽ được sử dụng nếu có một hay các

điển kiện sau đây [1] :

-_ Các dòng điện hài bậc cao trong trung tính máy biển áp của trạm

được loại bỏ

-_ Gác nhiễu điện thoại có thế được giảm tối thiếu

Đại Nam 13

Tuuận văn thạc sĩ kỹ thuật GYAN : TS 18 Đúc Tùng

- Viée lp dit bé tụ bù ngang có thể dược thực hiện với các thiết bị đóng cắt bằng hai thiết bị đơn pha với các thiết bị đóng cắt bằng

ba thiết bị đơn pha

1/23 Thiết bị bù tinh diéu khién bing thyristor (SVC — Static Var

Compensator)

SVC là thiết bị bù ngang đừng để thay đổi công suất phản kháng trên lưới, có thể điễu chỉnh bằng cách tăng hay giảm góc mở của thyristor, dược tổ

hợp từ hai thành phan cơ bản

- Thành phần cảm kháng để tác động vẻ mặt công suất phân kháng { có thể phát hay tiêu thụ công suất phản kháng tuy theo chẻ độ vận hành

)

- Thanh phan điểu khiển bao gồm các thiết bị diện tử như

thyristor, các của đông mở (GTO Gate tum ofŸ)

SVC duge cau tao tit 3 phản tử chỉnh

+ Khang diéu chinh bang thyristor CR (Thyristor Controlled Reactor) có chức năng điền chỉnh liên tục công suất phản khang tiêu thụ

+ Khang dong mở bằng thyrstor TSR (Lhyristor 8witched

Reactor) có chức nắng tiếu thụ công suất phản kháng, đóng cắt nhanh bằng

+ B6 tu déng ma bang thyristor — TSC (Thyristor Switched

Capacitor) có chức năng phát cỏng suất phản kháng, đóng cắt nhanh

bằng thyristor

Sử dụng SVC cho phép nâng cao khả năng tãi của dường day mét cách

đáng kế mà không cản đùng đến những phương tiện điểu khiến đặc biệt vả

phúc lập trong vận hành Các chức năng chính gúa SVC bao gầm

+ Điều khiên điện áp tại nút co dặt SVC có thể có dịnh giá trị diện

ấp

+ Điều khiển trào lưu công suất phân kháng tại rút dược bù

Đại Nam 14

+ Giới hạn thời gian và cường độ quá điện áp khi xây ra sự có

+ Tăng cường tính én định của hệ thống điện

¡ Giâm sự đao động công suất khi xây ra sự có trong hệ thẻng điện như ngắn mạch, mắt tãi đột ngột

Ngoài ra, SVC còn có các chức năng phụ mang lại hiệu quả khá tốt cho quá trình vậu hành hệ thông điện như

+ Làm giảm tổn thất, giãm nguy cơ sụt áp trong Gn định tĩnh,

! Tăng cường khả năng truyền tải của đường dây

+ Giảm góc làm việc ö lắm tầng cường khá năng vận hành của

Hình 1.1 Câu tạo và nguyên lý hoại đông của 8VC 1.8 Giới thiệu tụ bù ngang đặt tại trạm biển áp 220kP Sắc Son

Tu bu ngang T101 dit tai trạm biến áp 220kV Sóc Sơn dược dóng diện

chỉnh thức đưa vào vận hành ngày 23/10/2001, việc này đã giúp cho giảm bớt tổn hao công suất và nâng cao hệ sé cos ø trong quá trinh truyền tái điện năng trên hiệ thông,

Đại Nam 15

T,uận văn thạc sĩ kỹ thuậL GVHD: TS Lê Đúc Tùng

Bảng 1.2 Thông số một bình tụ

3 | Diện trở phóng bên trong (ME2) 15

5 | Diện áp định múc (KV) 6,156

6 | Déng digs dink mie (A) 1467 7) Rich thude Guin) 11 40x343x1 78

8 | Khar luong 1 bink (kg)

Bảng 1.3 Thông số tổ hợp dan tu (3pha)

1 | Công suất 3 phá &VAr) 62500

4 | Số nhánh song song / pha 3

5 | Số bình nỗi tiếp I pha 11

6._ | Dign khang / pha (2)

7.” | Bién Ap dinh mite kV) 133

& | Déng điện định muc (A) 398

Sˆ” [ Số bình song song / pha 35

Tuuận văn thạc sĩ kỹ thuật GYAN : TS 18 Đúc Tùng

lam tang kha ning tải của hệ thống, giảm tổn thất công suất và điện năng trong,

hệ thống, và tăng điện áp của hệ thông, ting tinh én định tĩnh của hệ thống mà

Đại Nam 18

CHƯƠNG 2:

CÁC QUÁ TRÌNH QUÁ ĐỘ XẢY RA KHI ĐÓNG

CẮT TỤ BÙ NGANG

Khi một bộ tủ bủ ngang nạp hay phỏng điện, các quá đô vẻ dòng điện và

điện áp có thể ảnh hưởng đến bộ tụ bù ngang và hệ thông mà nó được đầu nỗi

2.1 Cơ sở lý thuyết cơ bãn của quả trình quá độ khi đóng cắt tụ điện độc lập

Trong quả trình đỏng cắt một tụ điện riêng lẻ, quả độ chuyên mạch cỏ

thể được phân tích bởi mạch 1 pha như trong hình 2.1

@

Hình 2.1, So dé biểu diễn đóng cắt tụ điện độc lập vào hệ thong

Trong hình 2.1, € lả điện dung của tụ điên, Ls 1a điện cảm của hệ thông,

Le là điện cảm của cuộn kháng nói tiếp, R là điện trở của mạch

Tổng điện cảm L của mạch trong hinh 2.1 lả L= Ls + Le Thông thường,

điện trở của mạch tương đổi nhỏ do vậy điều kién dao động,

R< er the bat gặp Như vậy trong quá trình quả độ đóng tu bu, dòng điện tran

là dòng điện dao động tắt dần và dòng điện nảy được xác định bằng phương trình

Tuuận văn thạc sĩ kỹ thuật GYAN : TS 18 Đúc Tùng

Ở đây Em là biên độ của điện áp nguồn, Ø là góc pha của điện áp nguồn Từ

phương trình (2.1), biểu thức của dòng điện tràn là

Biểu thức (2.3) chỉ ra biên độ của dòng điện trăn dược xác định bởi 2 hệ

số; một là góc Ø, là góc pha của điện ap nguồn, thông số khác là điện cảm và

điện kháng oủa mạch Nếu uáo thông số của mạch là cố định, sẽ xuất hiện dòng lon nhất tại thời điểm điện áp nguồn dạt giá trị đỉnh của nó Tại thời diểm nay,

@=Z/2, và biểu thức (2.3) được thay thể bằng biểu thức

i- J (sinar— eg" sings.) 24

ø Giá trị lớn nhất của dòng điện là :

WLC

Như vậy, giá trị lớn nhất của dòng điện tràn trong quá trình chuyển mạch

tụ bù tỉ lệ thuận với œ›, Khi điện dung của dãy tụ cố định, dòng điện tràn tỉ lệ

nghịch với điện cảm của mạch Vì lý do này mà điện cảm nối tiếp có thể giảm

một cách hiệu quả dòng điện tràn

Trong quá trình quá độ chuyển mạch, điện áp trên tụ điện được thể hiện bằng biểu thức sau

U.=B-J esense " TH sn(, nHỆ (2.6)

Ở đây, Jf, la bién dé cia dién ap tu trong trạng thái ổn định Khi @= 77/2,

@,AlNIC, điện áp lớn nhất là

U = E x{-c0sat+ @*.cos gy, 1} (2.7)

Quá điện áp này cũng liên quan tới thông số mạch @„› và nó sẽ không vượt quá 2 Ƒ?,„ nếu điện áp ban đầu của tụ là bằng không

2.2 Hiện tượng xây ra khi đóng cắt tụ bù ngang

1 Đông điện cho một bộ tụ bù ngang độc lập

Hình 2.2 biểu diễn một mạch tương đương trong đỏng nguồn vào tụ bằng nguồn cảm ứng chu kỷ ( bỏ qua điện trở nhỏ )

Tuuận văn thạc sĩ kỹ thuật GYAN : TS 18 Đúc Tùng

Khi dòng thiết bị chuyển mạch, một dong diện có biên độ lon va tan số cao chạy vào bèn trong tụ để làm điện áp tụ và hệ thông bằng nhan Nếu hai điện áp này bằng nhau vào thời điểm đóng cần dao thì không có dòng điện tran

( inrush current ) chạy vào

Têu thiết bị được đóng tại đỉnh của điện áp, điện áp trên tụ sẽ tăng từ

không đến điện áp nguồn Trong quá trình thay đổi điện áp này, môi quá điện

áp có thể được sinh ra bằng với lượng thay dễi điện áp dạt dược Điện áp này cũng có cũng tân số cao như đòng điện tran và nhanh hơn rất nhiều so với điện

áp hệ thông Biên độ của xung điện áp mày có thể lên đến 2 p.u đổi với tụ được

nỗi Y

Quá trình nạp điện cho một bộ tạ bủ ngang hinh sao không nải đất có thé

gây ra quả điện áp qua dé lon do việc đóng không dồng thời giữa các cực

'Thông thường, quá điện áp quả độ sinh ra khi đóng cắt bình thường tương tự

như quá điện áp đối với các day tụ nói đất

3.2.2 Trường bạp xây ra quả điện dp động học

Nạp điện cho một biển áp và một bộ tụ bù ngang ( hình 2.3 ) cd thé gay nên quá điện áp động học làm ảnh hưởng đến biến áp, tụ điện và các trang bị chống sét Bằng chứng lá các hóng hóc tụ và lắm dứt cầu chỉ

Tin chất của vẫn dé nay là việc có điện áp cao gây ra bởi déng dién tran

của máy biển áp được gia tăng trong môi trường sóng hài bởi một hệ thẳng mà

tần số cơ bên gần với một trong những lần số e

sống hài Dòng diện tràn của

máy biển án bao gồm các lượng đáng kế vẻ biên độ của các thành phân điểu

hoa Biên độ lớn nhất có khuynh hướng xây ra đối với các điều hoá có bậc thấp nhất Nếu tổng trở tương đối của hệ thống tại một hay các tan sé nay cao thi

điện áp tại điểm đỏ sẽ cao ( U= LZ ) Điển nảy có khuynh hướng xây ra đổi với

tụ bù ngàng gây nên cộng hưởng song song với hệ thông Vấn để này được thé hiện trong dạng quả diện áp kéo dài, nó có một thành phản sóng hải cao, lâu dai trong nhiều chu kỹ

Đại Nam 22

- : EH

Hinh 2.3 Sơ đồ hệ thông xảy ra quả điện áp đông học

Bởi vì chong sét không thể hoạt động hiệu quả ngăn chặn quả điện ap ổn định hay động học, không nên đóng mạch máy biên áp và tụ điện gan nhau từ khi có nghiên cửu thẻ hiện rằng quá điện áp sẽ không vượt quả giới hạn cho

phép Kiểu chuyển mạch nảy thường gap trong mach phan phối nơi mả thành

phan điện trở của tải thường dập tắt hiệu quả kiểu quả điện áp qua độ nảy

3.2.3 Trường hợp có sự khuếch đại điện áp

Trong thực tế, bộ tụ bù ngang ít khi cách ly hoàn toàn với hệ thông vả

các ảnh hưởng khác cỏ thể xảy ra, sự khuếch đại xung điện áp 1a một vỉ dụ Điều nay thường xảy ra khi một bộ tụ bủ ngang được đóng vào hệ thông có điện áp cao và sự khuếch đại của xung điện áp được xảy ra trên hệ thông điện cảm nói bộ tụ bù ngang ở điện áp thấp Hình 2.4a minh hoạ một hệ thong cỏ đặc tính như trên, cỏn hình 2.4b biểu thị mạch tương đương Có hai mạch điện cảm — điện dung, nêu các tân số công hưởng của hai mạch vòng này gần giồng

nhau, nghĩa là LIC1 = L2C2, sự khuếch đại điện áp có thé xảy ra bởi vì mach

điện áp thấp hơn được bơm vào với một nguồn điện áp tại tần số công hưởng,

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật GVHD : TS Lê Đức Tùng

Hình 2.4 Bộ tụ đóng vào nguồn điện ap cao

2.2.4 Quá điện áp pha — pha

Việc nạp điện của bộ tu bủ ngang co the lam qua điện ap pha — pha cho

cac thiét bi khac trén cac may biển điện, đặc biệt là đổi với các may biên áp nối

tam giác Một hệ thống có thé xay ra van dé nay

Xung điện áp sinh ra bởi năng lượng của dãy tụ sẽ truyền xuống đường dây máy biển áp và nhân đôi tại điểm đó Nó cỏ thể lên đến +2,0 p.u trên một

pha và là -2,0 p.u trên pha khác Điều nảy có thể gây qua điện áp pha pha lên đến 4 p.u ( điện áp so sánh theo đơn vị lả điện áp đỉnh định mức của điện áp

pha đất ) Điều nảy cỏ thẻ gây ra vẫn đề đổi với máy biên áp được đặt trong hệ thông

2.2.5 Trường hợp phóng điện trước xây ra trong thiết bị chuyén mach

Khi máy cắt đóng điện trạm tụ, hiện tượng phóng điện trước có thể xuất

hiện trong buông cắt, hỗ quang phát sinh ngay cả trước khi 2 tiếp điểm tiếp xúc với nhau Khi phóng điện trước xảy ra, dòng điện tân số rất cao tràn qua Máy

cất nảo dó có thể ngất động diện tân sé cao nay tại điểm không Khi máy cắt phát sinh hỗ quang một lần nữa, điện áp quá độ và đèng điện xuất hiện gây ra

bởi quá trình nạp trên tụ bù Mức độ ảnh hướng của hiện tượng này là một hàm

của thời gian trễ trước khi nỏ xảy ra một lần nữa và số lần nỏ xây ra

2.2.6 Trường hợp xây ra khi đúng cất bộ tự bù ngang ghép song song

Khi một bộ tụ bù ngang được nạp điện tới trạng thái gần đến mức của một tụ dược nạp diện trước sẽ phát sinh một số ván đè cần phải được xem xét Một đông điện trần ở tan số cao chạy vào bộ tụ bủ ngang, điển cảm là điện cảm giữa các bộ Lụ bù ngang hơn là điện câm của hệ thống Biên độ và tần số của

dong điện tràn nảy cao hơn so với dòng điện tràn cúa một bộ tụ bù ngang riêng,

lẻ Nõ cũng là nguyên nhân gây nên các tác động sai của rơ le bảo vệ hay các

chỉ quả diện áp dối với biển dòng trong diễm trung tinh hay pha của đãy tu

nỗi Yo

Hiên độ và tân số của dòng điện tràn được xác định sao cho đảm bảo

việc vận hành thich hợp chơ thiết bị dóng cất cũng như rơ le, cau chỉ v.v Khi các dòng điện tran vượt quả mức, cần thực hiện một hoặc tổ hợp các bước

sau:

+ Thêm các điện kháng hạn chế dòng để giãm dao dộng dòng dỉnh và tản

số quá độ của đòng trân

! Bố sung điện trô đưa vào trude mach thao tác Các điện trở này được

thiết bị chuyển mạch bằng không

3.3.7 Phóng điện trở lại của bộ tụ bù ngang

Khi thao tac dé cắt một bộ tụ bử tại thời điểm đông bằng không, do dòng

điện là hoàn toán điện dụng nên điện áp Lại thời điểm đó đại giả trị đỉnh Việc

to mn

Dai Nam

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật GVHD : TS Lê Đức Tùng

cắt ban đầu dòng điện dung thường rất để do biên độ dòng điện thật sự nhỏ so

với đỏng sự cô Do vậy đỏng điện có thể bị cắt để đảng Khi đỏ tụ bù chịu điện

áp đỉnh phía phụ tải của thiết bị đóng cắt và điện áp tức thời ở phia nguồn lả củng cực tính

Việc cắt thành công phụ thuộc vào thiết bị cắt có thể khôi phục cách điện

của điện môi để chịu đựng tốc đô gia tăng của điện áp phục hồi

2.3 Một số phương pháp hạn chế quá điện áp gây ra bởi quá trình đóng cắt tự bù ngang trên lưới điện cao thể

3.1 Sử dụng điện trở đặt trước đễ làm giảm biên độ quả điện áp và dòng

Quả điện áp xuất hiện trên tụ là :

Hình 2.7 Dòng điện tràn qua tụ khi đóng cắt tụ tại thời điểm t=0,02s

Khi đặt trước 01 điện trở 100@ vào mạch đóng cắt tụ bù như hình vẽ sau ;

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật GVHD : TS Lé Dite Tang

Sử dụng 2 thiết bị chuyển mạch để mô tả quá trình đóng cắt tụ bủ ngang khi

thêm vào điện trở đặt trước : chuyên mạch 1 đóng ở thời gian 0,02s (đỉnh điện áp

nguồn) và cắt sau 3 chu kì tại thời điểm là 0,08s, chuyển mạch 2 đóng mạch tại 0,08s

(điện trở đặt trước đã được đưa ra khỏi mạch)

Ta xem xét qua điện áp trên tụ vả dòng điện tran di qua tụ điện:

Như vậy việc sử dụng điện trở đặt trước đã làm giảm đáng kể biên độ quá điện

áp Sử dụng điện trở thích hợp có thể giảm các quá điện áp và qua dong điện đến gia trị không gây nguy hiểm trong quá trình vận hành khi thao tác đóng cắt tụ điện

332 Sử dụng điện cảm đặt trước hoặc điện cảm cỗ định dé lam giảm biên độ quả

điện áp và dòng điện tràn

Trong nghiên cửu này, một điện cảm đặt được đưa vào trong quả trình

đóng điện của dấy tụ Khi đất 1 điện kháng có gia tri 60mH trong quá trình

đóng cắt tụ bù ngang như hình vẽ dưới đây, ta xem xét quả điện áp trên tụ va

dong dién tran di qua tụ điện

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật GVHD : TS Lê Đức Tùng

Hinh 2.13 Dong dién tran qua tụ điện khi cỏ điện cảm đặt trước

Như vây việc sử dụng điện cảm đặt trước hoặc điện cảm cố định đã làm giảm đáng kể biên độ quá điện áp Sử dụng điện cảm thích hợp có thể giảm các quá điện áp và quá đỏng điện đến giá trị không gây nguy hiểm trong quá trình

vận hành khi thao tác đóng cắt tụ điện

2.4 Ảnh hưởng của việc chuyển mạch tụ bù ngang tới lưới điện cao thé va các biện pháp hạn chế quá điện áp

Quả trình quá độ năng lượng của tụ bủ ngang là một trong những quả

trình vận hành chuyên mạch hệ thống nhiều nhất Nó có thể sinh ra quá điện áp

pha - pha trên cực của máy biền áp, kích thích mạch cộng hưởng gây ra khuếch

đại điện áp trong mạng điện áp nhị thứ hay gây ra vân để đối với các thiết bị

nhay cảm trong lưới điện cao thé Các dấu hiệu ảnh hưởng đến chất lượng điện

áp liên quan đến quá trinh chuyển mạch của các tụ bù ngang bao gồm : hư hỏng,

thiết bị điện của khách hang ( gây ra bởi quả điện áp lớn ) ; ngắt điện gây thiệt hại, điều chỉnh tốc độ quay động cơ hay ngừng các thiết bị xử lý ( do quá điện

áp thanh cải DC ) : hư hỏng các thiết bị chống quả điện ap ; phat sinh song hai trên lưới điện, gây nhiều thiết bị thông tin và các vẫn dé ve mang may tinh

Các giải pháp hạn chế quá diện áp phát sinh do quả trình đóng cắt tụ bù ngang : Các biện pháp giảm quá điện áp sinh ra bởi quá trình đóng cắt tụ bù ngang bằng các sử dụng các điện cảm cổ định, đặt trước các điện trở và điện căm, đóng đồng bộ các thiết bị chuyển mạch

Đại Nam 31

Tuuận văn thạc sĩ kỹ thuật GYAN : TS 18 Đúc Tùng

CHUONG 3

MO PHONG QUA TRINH QUA ĐỘ KHI THAO TÁC

CHUYEN MACH TU BU NGANG TAI TRAM BIEN

AP 220KV SOC SON BANG PHAN MEM ATP-EMTP

31 Giới thiệu về chương trình ATP-EMTP

ATP-EMTP là một trong những chương Irình được sử dụng rộng rãi nhất

trên toàn thể giới cho việc tinh toản các hiện tượng trong hệ thống diện Được phát triển va ung dụng rộng rãi từ những năm 1970 với sy tai trợ của công ty

điện Ive Bonneville Power Administration (BPA), cho đến năm 1984 BMTD đã chỉnh thức thương mại hoá bới hiệp hội phát triển HMTLP và Viện nghiền cứu năng lượng điện tại Palo Alte, California

EMTT cho phép tỉnh toán các quá trình quá độ điện Lừ cùng với những

module tinh toán xác lập, tương đương hoá hệ thống và các phan tứ phi tuyển

khác nhau EMTP là một trong những đụng cụ phản tích hệ thống rất linh hoạt

và hiệu quả Trong nhiều trường hợp, nó có khả năng thay thể mô hình vật lý với những thiết bị rất dất tiên

3.1.1 Ứng dụng của chương trình

ATP-EMTP dược sử dụng rộng rãi trong các tỉnh toán xưng đồng cắt và

xung xét, cho các nghiên cửu về cách điện, các mô hình rơ le bão vệ, sóng hải

và chất lượng điện năng, các mô phông hệ thắng đường dây linh hoạt và hệ thống điện mốt chiều,

'thông thưởng các bái toản sau đây trong hệ thống điện thường được giải

quyết nhờ chương trình EMTD :

« liành vị các thiết bị điều khiển trong hệ thông điện

e Tính toán sóng hài, công hưởng hệ thống

* Kiem tra cae tluét bj ro le bao vé

Ngoài ra EMTP còn có khả năng chuyển các kết quả ở miễn thời gian về mién tần số và phân tích hệ thống nhiều pha ở chế độ xác lập

1.3 Két hop cdc modules tink tadn trong ATP

TP có rất nhiều các mô phỏng bao gồm các máy điện quay, máy biển

áp, chống sél, đường day Iruyền lãi và cấp ngắm Khả năng kết hợp với các chương trình như tính toán quá dộ của hệ thông diễu khiển (TACS-Transient

Analysis of Contrel Svstems) và MODILS (một ngôn ngữ tính toán) có thể mô

phông được hệ thống điều khiến và các thành phản với đặc điểm không luyễn

tính

MODILS (ngôn ngữ mô phỏng) trong ATP cho phép mô tả mạch điều

khiến bất kì, các phần tử của hệ thẳng điện với đặc tinh phi tuyến, cung cấp một giao diện đơn giãn kết nối với những chương trinh hay những mô hình tới ATP Như một công cụ lập trình được, những mô hình này có thể sử đụng đề

xử lý kết quả mô phông khác trong pham vi tan sé hay thời gian

TACS lá một module mô phỏng trong phạm vi thời gian của hệ thống

điển khiến Nó đã phát triển mồ phỏng của hệ thống điên khiến biển đổi hệ

thống điện xoay chiều thành hệ thông điện một chiều HVDC TACS ed thé dược sử dụng để mô phỏng cho các trưởng hợp sau

e Hệ thống kích từ của máy phát điện đồng bộ

© Cac thiết bị điện tử và thiết bị trayền dẫn

Đại Nam 3

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật GVHD : TS Lê Đức Tùng

e Các thiết bị đóng cắt

Giao điện giữa hệ thông điện và TACS được thực hiện bằng sự trao đổi

giữa các tin hiệu như điện áp nút, đỏng điện dong cat, tinh trang đóng cat, bien trở, nguồn áp hoặc nguồn dòng

Lm

Le ]

Em

Hình 3.1 Tông quan về các modules trong ATP-EMTP

3.2, Mô phỏng quả trình chuyển mạch tự bù trong hệ thông điện thực hiện

bang phan mém ATP-EMTP

Trong phần này chủng ta thực hiện mô phỏng hiện tượng quá điện áp,

dong dién tran phát sinh khi đóng cắt tụ bù trên lưới điện cao thể thực tại trạm

biển áp truyền tải điện 220kV Söe Sơn, TP Hả Nội

3.2.1 Đặc điểm hệ thống mô phỏng

Trạm biển áp 220kV Sóc Sơn (E1.19) là một đơn vị thuộc Công ty truyền tải điện 1 (PTCI) - Tổng công ty truyền tải điện quốc gia (NPT) La 1 tram bien áp truyền tải điện phục vụ và đáp ứng nhu cầu sử dụng điên của người dân

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật GVHD : TS Lê Đức Tùng

cũng như các doanh nghiệp trên địa bàn tại khu vực Hà Nội, Vĩnh Phúc, Bắc

Giang, Thái Nguyên Chỉ tiết sơ đổ một sợi đường dây va tram thể hiện trong hình vẽ sơ đổ một sợi đường dây và trạm thé hiện như hình 3.2

T,uận văn thạc sĩ kỹ thuậL GVHD: TS Lê Đúc Tùng

« Thông số đường đây :

- Đường đây 220kV Trạm biển áp 500kV Hiệp Hòa — 220kV Sóc Sơn có chiều dải 8,9km sit dung day ACSR520

« Thông số thiết bị trạm biến áp 220kV Sóc sơn -

- Tram biển áp 220kV Sóc Sơn gầm 2 may bién ap ATI, AT2 cé thông sổ :

5= 250/250/85 Tám 225/115/23

Te = 0,03%

Po = 56,65kW

- Thông số tự bù ngang - Điện áp hệ thống: 123kV

3.2.2 Nhập số liệu các phần tử hệ thông điện trong vỉ dụ mô phông

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật GVHD : TS Lê Đức Tùng

432.22 Đường dây

Dé đơn giản trong việc tỉnh toan và đường dây cũng không quá dải nên ta

sử dụng mô hình thay thể thông sỏ tập trung LINEPI_3

Attributes