Kháng là một phần tử quan trong trong hệ thống điện, tham gia vào quá trình giữ ổn định điện áp đường dây khi tải thấp, nhưng khi đường dây mang tải cao thì kháng lại làm cho tổn thất đ
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-
NGUYỄN HỮU DŨNG
NGHIÊN CỨU CÁC QUÁ TRÌNH QUÁ ĐỘ ĐIỆN TỪ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP HẠN CHẾ QUÁ ĐIỆN ÁP PHỤC HỒI KHI CẮT KHÁNG
Chuyên ngành: Hệ thống điện
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS.TRẦN BÁCH
Hà Nội - 03 - 2011
Trang 2LỜI CẢM ƠN
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất tới thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Trần Bách người đã hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài này
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo trong bộ môn Hệ thống điện, những người đã truyền đạt, trang bị cho tôi kinh nghiệm, kiến thức tạo nền tảng vững chắc trong suốt khóa học vừa qua
Hà Nội, ngày 29 tháng 03 năm 2011
Tác giả
KS.Nguyễn Hữu Dũng
Trang 3LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi
Các số liệu, kết quả trong luận văn là trung thực và chưa được ai công bố
Hà Nội, ngày 29 tháng 03 năm 2011
Tác giả
KS.Nguyễn Hữu Dũng
Trang 4CÁC TỪ VIẾT TẮT Các từ viết tắt Giải thích
Trang 5MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN i
LỜI CAM ĐOAN ii
CÁC TỪ VIẾT TẮT iii
MỤC LỤC iv
DANH MỤC BẢNG vi
DANH MỤC HÌNH VẼ vii
MỞ ĐẦU ix
CHƯƠNG 1: CÁC QUÁ TRÌNH QUÁ ĐỘ ĐIỆN TỪ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 1
1.1 HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM VÀ ĐẶC ĐIỂM KHÁNG BÙ NGANG 1
1.1.1 Đặc điểm của hệ thống điện 500kV Việt Nam 1
1.1.2 Đặc điểm của kháng bù ngang trên HTĐ 500kV .3
1.2 QUÁ ĐỘ ĐIỆN TỪ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 5
1.2.1 Quá độ điện từ trong hệ thống điện 5
1.2.2 Phân loại 6
1.2.3 Tác động của quá độ điện từ đến vận hành hệ thống điện 7
1.3 KẾT LUẬN 8
CHƯƠNG 2: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỆN BẰNG PHẦN MỀM EMTP-RV 9
2.1 GIỚI THIỆU VỀ CHƯƠNG TRÌNH EMTP-RV 9
2.1.1 Giới thiệu 9
2.1.2 Các chức năng chính của chương trình 9
2.1.3 Các module chính 10
2.2 MÔ PHỎNG CÁC PHẦN TỬ HỆ THỐNG ĐIỆN TRONG EMTP-RV 12
2.2.1 Các thư viện chính 12
2.2.2 Mô phỏng của một số phần tử chính trong EMTP-RV 13
2.3 CÁC MỨC MÔ PHỎNG VÀ TÍNH TOÁN CHÍNH 25
2.3.1 Tính toán trào lưu công suất 26
2.3.2 Tính toán chế độ xác lập 27
2.3.3 Mô phỏng miền thời gian 27
2.3.4 Mô phỏng quét tần số 27
2.4 KẾT LUẬN 27
CHƯƠNG 3: HIỆN TƯỢNG QUÁ ĐỘ ĐIỆN ÁP 28
3.1 VẤN ĐỀ QUÁ ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 28
3.1.1 Quá điện áp trong hệ thống điện 28
Trang 63.1.2 Quá điện áp thường xuyên 28
3.1.3 Quá điện áp cộng hưởng dao động tần số thấp 32
3.1.4 Quá điện áp thao tác 33
3.1.5 Quá điện áp do sét 34
3.2 HIỆN TƯỢNG QUÁ ĐIỆN ÁP ĐÓNG CẮT 37
3.2.1 Giới thiệu về điện áp phục hồi quá độ máy cắt - TRV 37
3.2.2 Quá điện áp khi cắt dòng điện sự cố (đường dây trên không) 39
3.2.3 Đóng cắt dòng điện cảm (kháng điện, máy biến áp) 42
3.2.4 Cắt dòng điện dung (tụ điện, cáp, đường dây không tải) 47
3.3 HIỆN TƯỢNG QUÁ ĐIỆN ÁP KHI CẮT KHÁNG BÙ NGANG 50
3.3.1 Tổng Quan .50
3.3.2 Quá điện áp thay đổi nhanh 52
3.3.3 Quá điện áp phóng điện lặp lại 53
3.3.4 Mô tả phương pháp luận tính toán giá trị TRV máy cắt kháng 53
3.4 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN QUÁ ĐỘ ĐIỆN ÁP KHI CẮT KHÁNG 53
3.4.1 Hệ phương trình vi phân mô tả quá trình hồ quang trong máy cắt 54
3.4.2 Mô phỏng máy cắt theo mô hình Cassie - Mayer 61
3.4.3 Phương pháp tương đương hóa hệ thống 63
3.4.4 Tính toán TRV máy cắt kháng 65
3.5 TÍNH TOÁN 68
3.5.1 Tính toán kháng bù ngang 91 MVAR 69
3.5.2 Kháng bù ngang 174 MVAR 71
3.5.3 Nhận xét 73
CHƯƠNG 4: CÁC PHƯƠNG PHÁP HẠN CHẾ GIÁ TRỊ ĐIỆN ÁP PHỤC HỒI QUÁ ĐỘ MÁY CẮT KHANG 75
4.1 GIỚI THIỆU MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP HẠN CHẾ GIÁ TRỊ ĐIỆN ÁP PHỤC HỒI QUÁ ĐỘ MÁY CẮT 75
4.1.1 Thay đổi thông số các phần tử trên lưới điện 76
4.1.2 Lắp đặt thêm các thiết bị hạn chế TRV 76
4.2 KẾT QUẢ ÁP DỤNG CÁC PHƯƠNG PHÁP HẠN CHẾ TRV MÁY CẮT KHÁNG 76
4.2.1 Kháng 91 MVAR .77
4.2.2 Kháng 174MVAR 79
4.3 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 82
TÀI LIỆU THAM KHẢO 83
Trang 7DANH MỤC BẢNG
Bảng 1 - 1: Danh mục đường dây 500kV của lưới điện Việt Nam năm 2009 1
Bảng 1 - 2: Danh mục trạm biến áp 500kV năm 2009 2
Bảng 1 - 3: Tổng hợp khối lượng đường dây và trạm 500kV-năm 2009 2
Bảng 1- 4: Tần số dao động của một số quá trình quá độ điện từ 6
Bảng 1- 5: Phân loại các nhóm tần số của các quá trình quá độ điện từ 7
Bảng 2 - 1: Đặc tính kỹ thuật của kháng bù ngang cao áp và siêu cao áp 24
Bảng 2 - 2: Điện cảm và điện dung của hệ thống đấu nối kháng 25
Bảng 2 – 3: Điện dung tương đương của các thiết bị 25
Bảng 3 - 1: Công thức tính TRV máy cắt kháng bằng phương pháp giải tích 66
Bảng 4 - 1 : Kết quả hạn chế giá trị TRV 82
Trang 8DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình vẽ 1 - 1: Phân bố điện áp dọc đường dây siêu cao áp khi cắt tải một đầu 4
Hình vẽ 1-2: Khoảng tần số dao động của các dạng sóng 7
Hình vẽ 2-1: cửa sổ chính của chương trình 11
Hình vẽ 2-2: giao diện của chương trình ScopeView 11
Hình vẽ 2-3: Mô hình V with impedance 13
Hình vẽ 2-4: Mô hình phần tử Load-Flow Bus 14
Hình vẽ 2-5: Mô hình phụ tải PQ Load 15
Hình vẽ 2-6: Sơ đồ khối một máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây 16
Hình vẽ 2-7: Sơ đồ mạch của của 1 khối xfmr 16
Hình vẽ 2-8: Sơ đồ khối một máy biến áp 3 pha 3 cuộn dây 18
Hình vẽ 2-9: Sơ đồ mạch của một khối xfmr 18
Hình vẽ 2-10: Mô hình đường dây thông số tập trung 20
Hình vẽ 2-11: Mô hình cho phép thiết lập dữ liệu đường dây 20
Hình vẽ 2-12: Thông số dây dẫn 21
Hình vẽ 2-13: Sơ đồ bố trí dây phân pha 22
Hình vẽ 2-14: Mô hình CAPBLE DATA 22
Hình vẽ 2-15: Mô hình kháng điện bù ngang 23
Hình vẽ 2-16: Phần tử Load Flow Option 26
Hình vẽ 3-1: Hệ thống điện đơn giản 29
Hình vẽ 3-2: Đồ thị vector điện áp nút 29
Hình vẽ 3-3: Hiệu ứng Ferranti 30
Hình vẽ 3-4: Hiện tượng tự kích của máy phát 30
Hình vẽ 3-5: Tỉ số quá điện áp trên pha còn lại khi ngắn mạch 1 pha 32
Hình vẽ 3-6: Sóng đóng máy cắt 33
Hình vẽ 3-7: Hiện quá độ do cắt máy cắt 34
Hình vẽ 3-8: Sét đánh trực tiếp vào đường dây trên không 35
Hình vẽ 3-9: Sét đánh trực tiếp vào dây chống sét hoặc cột điện 36
Hình vẽ 3-10: Hiện tượng cảm ứng dòng điện sét 36
Hình vẽ 3-11: Điện áp phục hồi dạng mũ 38
Hình vẽ 3-12: Điện áp phục hồi dạng dao động 38
Hình vẽ 3-13: Điện áp phục hồi dạng tam giác 39
Hình vẽ 3-14: Ngắn mạch gần trên đường dây 40
Hình vẽ 3-15: TRV phía nguồn, đương dây và TRV qua máy cắt 41
Hình vẽ 3-16: Công suất làm mát máy cắt SF6, mô hình hồ quang Mayr 42
Hình vẽ 3-17: Sơ đồ thay thế đơn giản mạch điện có máy cắt kháng 43
Hình vẽ 3-18: Các quá trình xảy ra khi cắt kháng .44
Trang 9Hình vẽ 3-19: Dòng điện và điện áp qua máy cắt kháng 45
Hình vẽ 3-20: Đường cong từ hóa và vòng lặp trễ từ của lõi thép máy biến áp 46
Hình vẽ 3-21: Mạch cắt dòng điện dung lớn 47
Hình vẽ 3-22: Phóng lặp lại trong máy cắt khi cắt dòng điện dung 50
Hình vẽ 3 - 23: Dòng điện và điện áp của máy cắt kháng 51
Hình vẽ 3 - 24 : Mô hình mạch tương đương 1 pha nghiên cứu kháng điện 52
Hình vẽ 3 - 25: Phân bố điện thế dọc vùng hồ quang trong máy cắt 57
Hình vẽ 3 - 26: Dòng điện trong máy cắt 59
Hình vẽ 3 - 27: Mô hình nhánh điện dẫn điều khiển bằng hệ phương trình Casie-Mayr 62
Hình vẽ 3 - 28: Điện dẫn hồ quang Cassie (phương trình Cassie-dòng điện lớn) 62
Hình vẽ 3 - 29: Nhánh điện dẫn điều khiển bởi kết hợp hai phương trình Cassie-Mayr 63
Hình vẽ 3 - 30 : Mô hình mạch tương đương hóa hệ thống 64
Hình vẽ 3 - 31: Mô hình tính toán TRV máy cắt kháng 67
Hình vẽ 3 - 32: Mô hình đơn giản hóa tính toán TRV máy cắt kháng 68
Hình vẽ 3 - 33 : Dòng điện hồ quang 69
Hình vẽ 3 - 34 : Điện áp hồ quang 69
Hình vẽ 3 - 35 : Điện trở hồ quang 70
Hình vẽ 3 - 36 : TRV máy cắt kháng 70
Hình vẽ 3 - 37 : Điện áp hai phía máy cắt 71
Hình vẽ 3 - 38 : Dòng điện hồ quang 71
Hình vẽ 3 - 39 : Điện áp hồ quang 72
Hình vẽ 3 - 40 : Điện trở hồ quang 72
Hình vẽ 3 - 41 : TRV máy cắt kháng 73
Hình vẽ 3 - 42 : Điện áp phía hai đầu máy cắt 73
Hình vẽ 4 - 1 : Dòng điện hồ quang 77
Hình vẽ 4 – 2: Điện áp hồ quang 77
Hình vẽ 4 – 3: Điện trở hồ quang 78
Hình vẽ 4 – 4: TRV máy cắt kháng 78
Hình vẽ 4 – 5: Điện áp hai đầu máy cắt kháng 79
Hình vẽ 4 – 6: Dòng điện hồ quang 79
Hình vẽ 4 – 7: Điện áp hồ quang 80
Hình vẽ 4 - 8: Điện trở hồ quang 80
Hình vẽ 4 - 9: TRV máy cắt 81
Hình vẽ 4 - 10: Điện áp hai phía máy cắt 81
Trang 10MỞ ĐẦU Quá độ điện từ là quá trình đặc biệt xảy ra trong hệ thống điện khi hệ thống
điện khi hệ thống điện chuyển từ trạng thái xác lập này sang trạng thái xác lập khác Tuy xảy ra trong một khoảng thời gian rất ngắn, nhưng quá độ điện từ đôi khi lại có thể gây ra những tác động vô cùng lớn đối với hoạt động của các phần tử cũng như toàn bộ hệ thống điện Một trong những tác động nguy hiểm đối với hệ thống điện
do quá độ điện từ gây ra chính là hiện tượng quá áp Tuy nhiên việc nghiên cứu các hiện tượng này lại gặp rất nhiều khó khăn, do đây là quá trình diễn ra rất nhanh và phức tạp
Kháng là một phần tử quan trong trong hệ thống điện, tham gia vào quá
trình giữ ổn định điện áp đường dây khi tải thấp, nhưng khi đường dây mang tải cao thì kháng lại làm cho tổn thất điện năng tăng cao Để khắc phục những đặc điểm trên cần phải lắp máy cắt kháng
Trong luận văn này, tác giả tiến hành nghiên cứu các quá trình quá độ điện từ
và tập trung vào hiện tượng quá độ điện áp khi cắt kháng, cũng như đề xuất một số phương pháp hạn chế giá trị Điện áp phục hồi quá độ (TRV) máy cắt trên hệ thống điện 500kV Việt Nam
Để thực hiện nghiên cứu tác giả sử dụng phần mềm EMTP_RV, là một trong những chương trình tính toán các quá trình quá độ điện từ được sử dụng ở Việt Nam hiện nay
Trang 11CHƯƠNG 1: CÁC QUÁ TRÌNH QUÁ ĐỘ ĐIỆN TỪ TRONG
HỆ THỐNG ĐIỆN 1.1 HỆ THỐNG ĐIỆN VIỆT NAM VÀ ĐẶC ĐIỂM KHÁNG BÙ NGANG
1.1.1 Đặc điểm của hệ thống điện 500kV Việt Nam
Cấp điện áp chuyên tải chính của hệ thống điện Việt Nam là 220kV và 500kV Đường dây 500kV liên kết hệ thống điện các miền thành hệ thống điện hợp nhất Hệ thống điện 500kV bắt đầu vận hành từ giữa năm 1994, với việc đưa vào vận hành đường dây 500kV Bắc-Nam dài gần 1500km và hai trạm 500kV Hoà Bình
và Phú Lâm công suất mỗi trạm là 900MVA Tổng công suất các trạm biến áp 500kV là 2700MVA Năm 1999, hệ thống 500kV được bổ sung thêm 26km đường dây 500kV mạch kép Yaly - PleiKu, nâng tổng chiều dài các đường dây 500kV lên đến 1531km Cuối quý 3 năm 2007 tổng công suất các trạm 500kV trên tuyến Bắc Nam lên 6600MVA và tổng chiều dài các đường dây 500kV được nâng lên đến 3239km
Lưới truyền tải 500kV có thể coi là xương sống của hệ thống điện Việt Nam Chạy suốt từ Bắc vào Nam với tổng chiều dài trên 2000 km lưới điện 500kV đóng một vai trò vô cùng quan trọng trong cân bằng năng lượng của toàn quốc và có ảnh hưởng lớn tới độ tin cậy cung cấp điện của từng miền
Danh mục đường dây và trạm biến áp 500kV đến hết năm 2009 của Việt Nam xem bảng sau :
Bảng 1 - 1: Danh mục đường dây 500kV của lưới điện Việt Nam năm 2009
Chiều dài Ghi chú
Trang 12STT Tên công trình Số mạch x km
Chiều dài Ghi chú
Khu vực Miền Nam
Số máy Tổng dung lượng
* Dung lượng các trạm biến áp chưa tính tới các máy biến áp tăng áp của máy phát
Hiện nay toàn bộ 2 mạch 500kV đã được vận hành, tạo liên kết hệ thống Bắc
–Trung-Nam từ Hòa Bình tới Phú Lâm với công suất trao đổi khoảng trên
1500MW Đường dây 500kV mạch 2 vào vận hành đã nâng cao truyền tải công suất
Trang 13và trao đổi điện năng giữa các HTĐ Bắc -Trung – Nam, tạo điều kiện thuận lợi cho
việc khai thác hợp lý các nguồn điện trong HTĐ Việt Nam, giảm khả năng thiếu
điện cục bộ, nâng cao ổn định toàn hệ thống điện
1.1.2 Đặc điểm của kháng bù ngang trên HTĐ 500kV.
Các hệ thống đường dây cao áp, nhất là hệ thống siêu cao áp thường sản sinh
ra một lượng công suất phản kháng rất lớn Thông thường, ở chế độ vận hành vừa
và nặng tải, lượng vô công sinh ra từ đường dây có thể so sánh (và triệt tiêu) với tổn
thất vô công khi truyền tải Vấn đề cần lưu ý ở đây là khi đường dây nhẹ tải, đặc
biệt là khi cắt tải đột ngột ở một phía đường dây sẽ xuất hiện hiệu ứng Ferranti -
hiện tượng tăng đột ngột điện áp trên dọc tuyến đường dây, làm đánh hỏng cách
điện, gây trở ngại cho việc đóng lặp lại và trong một số trường hợp làm quá tải các
máy phát do phải chịu dòng điện dung khá cao Nguyên nhân chính của hiện tượng
trên là do dung dẫn của đường dây sinh ra công suất phản kháng rất lớn Để khắc
phục tình trạng này người ta thường sử dụng phương pháp đặt các kháng bù ngang
ở hai đầu hoặc trên giữa đường dây (xem hình 1.2) Khi đó điện áp cao nhất trên
đường dây bị hở mạch một đầu được xác định theo công thức:
) ( sin )
E U
Trong đó:
β - tốc độ lan truyền sóng thuận 50 Hz trên đường dây Thông thường,β
nằm trong khoảng 1,05.10-3 - 1,08.10-3;
Z - điện kháng sóng của đường dây;
XR - điện kháng của cuộn kháng bù vào cuối đường dây;
XS - điện trở tương đương của hệ thống;
l - chiều dài đường dây;
lR - chiều dài đoạn đường dây chịu ảnh hưởng của cuộn kháng bù;
R
Z arctg L
β
1
=
Trang 14Hình vẽ 1 - 1: Phân bố điện áp dọc đường dây siêu cao áp khi cắt tải một đầu
Việc lựa chọn kháng bù ngang trước tiên là để đảm bảo thiết bị vận hành an toàn trong dải điện áp cho phép trong mọi điều kiện vận hành Ngoài ra, việc lựa chọn kháng bù ngang liên quan tới bài toán quy hoạch các nguồn công suất vô công trong hệ thống điện Đây là bài toán phức tạp và toàn diện của toàn hệ thống, do công suất vô công là thành phần mang tính cục bộ, địa phương, có mặt tất cả mọi điểm trên hệ thống và ở mọi cấp điện áp Đối với cấp điện áp siêu cao, lượng công suất vô công sinh ra trên đường dây trong chế độ vận hành thấp tải hoặc chế độ mở một đầu đường dây chạy vào hệ thống sẽ gây ra điện áp cao, đồng thời làm tăng tổn thất công suất hữu công Việc đặt kháng bù ngang sẽ tiêu thụ lượng công suất vô công này, đảm bảo chất lượng điện áp luôn duy trì ở mức an toàn trong các chế độ vận hành khác nhau Đối với đường dây truyền tải siêu cao áp (từ 400kV trở lên), việc vận hành tại điện áp cao quá 105% điện áp định mức thường không được khuyến cáo Chính vì vậy, theo thực tế áp dụng tại tất cả các công ty điện lực trên thế giới, việc lựa chọn kháng bù ngang dựa trên các tiêu chuẩn sau đây:
• Trong chế độ vận hành bình thường (đối với các chế độ phụ tải): cố gắng giữ điện áp tại các thanh cái xung quanh giá trị định mức
• Trong các chế độ khác như: phóng điện đường dây, hoà điện, chế độ vận hành thiếu phần tử cho phép điện áp đạt giá trị cực đại là 105% điện áp định mức (mặc dù điện áp vận hành lâu dài cực đại của thiết bị thường là 110% điện áp định mức)
• Giữ điện áp cao để tăng giới hạn truyền tải và giảm tổn thất trong các chế
độ truyền tải công suất cao
Trang 15• Mức bù ngang phải thích hợp để không gây ra các hiệu ứng phụ khác, cụ thể là không gây ra cộng hưởng điện áp song song do mức độ bù quá cao hoặc
do một số chế độ vận hành không toàn pha
1.2 QUÁ ĐỘ ĐIỆN TỪ TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
1.2.1 Quá độ điện từ trong hệ thống điện
Hệ thống điện được hình thành nhằm phục vụ mục đích truyền tải và phân phối điện năng được sinh ra từ các nhà máy điện đến các hộ tiêu thụ một cách an toàn, liên tục và tin cậy Các dây dẫn được sử dụng để truyền tải điện năng, các máy biến áp được sử dụng để biến đổi điện áp và các máy phát được sử dụng để biến đổi
từ cơ năng thành điện năng Nhắc đến điện năng, chúng ta thường nhắc đến việc dòng điện đi qua các dây dẫn từ máy phát để đến với các hộ tiêu thụ Thực tế, điện
năng được truyền tải trong môi trường đặc biệt- Môi trường điện từ, chính là môi
trường xung quanh vật dẫn điện
Tùy thuộc vào trạng thái tương đối của môi trường, người ta chia trạng thái vận hành của hệ thống điện thành hai chế độ: chế độ xác lập và chế độ quá độ Chế
độ xác lập là chế độ vận hành ổn định của các thông số trạng thái hệ thống quanh một giá trị nhất định gọi là điểm cân bằng Chế độ quá độ xuất hiện khi hệ thống thay đổi từ một chế độ xác lập này sang một chế độ xác lập khác Nó có thể là trường hợp sét đánh xuống đất trong vùng lân cận một đường dây truyền tải điện cao áp hoặc khi sét đánh trực tiếp vào trạm biến áp Tuy nhiên, phần lớn CĐQĐ trong hệ thống truyền tải điện lại là do hoạt động chuyển mạch Hoạt động này có thể là thao tác đóng cắt máy biến áp dưới tải hoặc không tải, đóng/cắt kháng bù ngang trong chế độ phụ tải min/max hoặc cắt đường dây sự cố (cô lập sự cố) Thời gian khi dao động dòng điện và điện áp quá độ xảy ra là khoảng từ µs đến ms
Vì vậy, đối với việc phân tích chế độ xác lập trào lưu công suất, khi mà tần
số là hằng số 50 hoặc 60Hz, ta có thể sử dụng tính toán số phức và thay thế pha để biểu diễn điện áp và dòng điện Tuy nhiên đối với các quá trình quá độ, khi mà tần
số có thể đạt đến kHz, MHz và thay đổi một cách tức thì, thì các tính toán bằng số phức và thay thế pha không thể áp dụng được nữa Thêm vào đó, mô hình thay thế tập trung của các phần tử cũng cần được áp dụng một cách thận trọng Ví dụ trong
Trang 16trường hợp máy biến áp, dưới điều kiện vận hành bình thường, tỉ số biến áp là tỉ số giữa số vòng dây của quận sơ cấp và cuộn thứ cấp Tuy nhiên, đối với sóng sét, điện dung kí sinh của các cuộn dây và điện dung kí sinh giữa 2 cuộn dây sẽ xác định tỉ số biến Và như vậy là đối với 2 trạng thái vừa nêu, máy biến áp lại cần được mô phỏng bằng hai mô hình riêng Điều đó có nghĩa là, khi mà chúng ta không thể sử dụng mô hình phần tử tập trung, mà ở đó, kháng điện biểu diễn cho từ trường, tụ điện biểu diễn điện trường và điện trở biểu diễn cho tổn thất, thì chúng ta phải phân tích sóng truyền, sử dụng các mô hình khác phù hợp hơn
1.2.2 Phân loại
Như đã đề cập ở trên, chế độ xác lập là chế độ vận hành ổn định của hệ thống điện là chế độ vận hành thường xuyên và mong muốn của hệ thống Tuy nhiên, trong quá trình vận hành không thể tránh khỏi trạng thái quá độ Nguyên nhân dẫn đến quá trình quá độ có thể biết trước như: đóng cắt vận hành, sa thải phụ tải hoặc ngẫu nhiên như: sét đánh, ngắn mạch,.v.v… Các quá trình quá độ điện từ xuất phát
từ các nguyên nhân khác nhau cũng rất khác nhau về bản chất Chính vì vậy việc tìm hiểu, phân loại các QTQĐ trong hệ thống điện để từ đó có các phương pháp mô phỏng chính xác là công việc quan trọng đầu tiên Các quá trình dao động điện từ khác nhau rất khác nhau về tần số dao động
Bảng 1-4: Tần số dao động của một số quá trình quá độ điện từ
Quá trình quá độ điện từ Khoảng tần số dao động
Trang 17Hình vẽ 1-2: Khoảng tần số dao động của các dạng sóng
Tuy nhiên, có thể phân loại các quá trình quá độ điện từ thành các nhóm tần
số như trình bày trong Bảng 1-5
Bảng 1-5: Phân loại các nhóm tần số của các quá trình quá độ điện từ
Nhóm Khoảng tần số dao động Dạng sóng Nguên nhân tiêu biểu
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
1.2.3 Tác động của quá độ điện từ đến vận hành hệ thống điện
Với mỗi nhóm các quá trình quá độ điện từ sẽ có các tác động khác nhau đến chế độ làm việc của các thiết bị cũng như của cả hệ thống Tác động này hầu hết là các tác động xấu đến việc vận hành an toàn và kinh tế của hệ thống điện Chúng làm thay đổi các thông số trạng thái hệ thống, làm mất cân bằng vốn có trong hệ thống
từ trạng thái xác lập Các thay đổi này có thể diễn ra từ khoảng vài phần triệu giây cho đến vài phần chục giây Hậu quả của chúng có thể là rất nghiêm trọng như: hỏng hóc, cháy nổ thiết bị, tan rã hệ thống hoặc có thể chỉ là thay đổi chế độ vận hành của hệ thống sang một chế độ xác lập mới
Trang 18Chính vì vậy, việc mô phỏng và tính toán đầy đủ và chính xác các ảnh hưởng của từng quá trình quá độ lên hệ thống điện là rất cần thiết để có các đánh giá tác động từ đó xây dựng các biện pháp hạn chế và ngăn chặn tối đa các ảnh hưởng này
1.3 KẾT LUẬN
Hệ thống truyền điện 500kV Việt Nam là một hệ thống dài và phức tạp để nâng cao khả năng tải cũng như giảm tổn thất điện năng và nâng cao độ tin cậy ta sử dụng biên pháp bù cho các đoạn đường dây
Đối với trường hợp kháng bù ngang thì giải quyết được vấn đề quá điện áp ở cuối đường khi đường dây mang tải bé hay trong trường hợp cần phải sa thải phụ tải nhưng trong trường hợp đường dây đầy tải thi kháng bù ngang lại gây ra tổn thất điện năng Chính vì vậy nên cần phải lắp một máy cắt kháng để đóng kháng khi đường dây nhẹ tải và cắt kháng ra khỏi đường dây khi đường dây mang tải cao hoặc quá tải
Tuy nhiên, như đã đề cập ở trên, dung lượng các kháng và cấu tạo của các kháng này cũng khác nhau kháng 3 pha có công suất nhỏ hơn 130MVAR và kháng
1 pha có công suất lớn hơn 130MVAR, chính vậy cần tính toán để lựa chọn máy cắt phù hợp
Các Quá trình quá độ điện từ là các quá trình xảy ra không thường xuyên, nhưng lại có thể tác động rất lớn tới việc vận hành an toàn và ổn định của hệ thống điện Vì vậy ta cần phải tính toán để tìm ra các ảnh hưởng xấu nhất của từng loại quá độ, trong đó đặc biệt là quá độ đóng cắt
Hệ phương trình vi phân mô phỏng QTQĐĐT lại là hệ phương trình vi phân bậc cao Chính vì vậy, ngoài việc đơn giản hóa mô phỏng trong từng trường hợp, ngày nay người ta còn sử dụng máy tính số với các phần mềm chuyên dụng như một công cụ hữu hiệu để giải các bài toán Quá độ điện từ với kích thước lớn Và EMTP_RV (Electromagnetic transient program-EMTP) là một trong các chương trình như vậy
Hiện nay, chương trình EMTP_RV đang được rất nhiều cơ quan ở Việt Nam
sử dụng để thực hiện các tính toán Quá trình quá độ điện từ Do đó, phần tiếp theo sau đây sẽ mô tả chi tiết hơn cấu tạo cũng như các chức năng của công cụ này
Trang 19CHƯƠNG 2: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỆN BẰNG PHẦN
MỀM EMTP-RV 2.1 GIỚI THIỆU VỀ CHƯƠNG TRÌNH EMTP-RV
2.1.1 Giới thiệu
Như đã trình bày, EMTP là chương trình tính toán QTQĐĐT Đây là chương trình máy tính để mô phỏng quá độ điện từ, điện cơ và hệ thống điều khiển trong hệ thống điện nhiều pha
EMTP-RV là phiên bản mới của EMTP được phát triển bởi Development Coordination Group (DCG) với các thành viên: American Electric Power Corporation, CEA Technologies, CRIEPI of Japan, Électricité de France, EPRI, Hydro One Networks, Hydro-Québec, US Bureau of Reclamation và Western Area Power Administration Chương trình có thể được sử dụng cho phần lớn các tính toán chế độ tĩnh cũng như mô phỏng các QTQĐ với thời gian khoảng vài giây Thông thường EMTP được dùng cho 2 mục đích chính sau:
Hỗ trợ trong thiết kế và lựa chọn thông số cho các phần tử trong hệ thống điện, được dùng cho các bài toán phối hợp cách điện, lựa chọn thông số định mức của thiết bị, lựa chọn các thiết bị bảo vệ, thiết kế hệ thống điều khiển, đánh giá chất lượng điện năng, tính toán sóng hài v.v…
Tính toán kiểm tra các vấn đề đang tồn tại trong hệ thống điện
2.1.2 Các chức năng chính của chương trình
Dưới đây là các tính toán, mô phỏng đặc trưng EMTP-RV có thể thực hiện:
Quá điện áp khí quyển
Quá điện áp thao tác
Quá điện áp tạm thời
Phối hợp cách điện
Điện tử công suất và FACTS
Thiết kế hệ thống điều khiển
Trang 20 Các bài toán về chất lượng điện năng
Cộng hưởng giữa phần tử bù ngang và bù dọc
Cộng hưởng sắt từ
Khởi động động cơ
Phân tích chế độ xác lập của hệ thống không đối xứng
Lưới điện phân phối và nguồn phân phối
Mô hình hệ thống động và phụ tải
Các bài toán bảo vệ hệ thống điện
EMTPRV có thể lựa chọn thực hiện các mô phỏng sau:
Tính phân bố công suất (Load-Flow): Phân bố công suất được tính cho hệ thống nhiều pha và không đối xứng Kết quả được sử dụng làm dữ liệu cho thông số điều kiện đầu (biên) cho mô phỏng quá độ
Chế độ xác lập (Steady-state): Tính toán điều kiện đầu cho mô phỏng theo thời gian
Mô phỏng thời gian (Time-domain): Tính toán quá trình quá độ theo thời gian
2.1.3 Các module chính
Phiên bản EMTP-RV được tích hợp phần giao diện rất mạnh là EMTPWorks, cho phép người sử dụng có thể thiết kế những hệ thống lớn và phức tạp
Trang 21Hình vẽ 2-1: Cửa sổ chính của chương trình
Ngoài ra, còn có 1 chương trình ScopeView đi kèm cho phép người sử dụng
có thể xem xét và trình bày kết quả một cách thuận tiện và nhanh chóng
Hình vẽ 2-2: Giao diện của chương trình ScopeView
Trang 222.2 MÔ PHỎNG CÁC PHẦN TỬ HỆ THỐNG ĐIỆN TRONG EMTP-RV 2.2.1 Các thư viện chính
Mô hình các phần tử hệ thống điện trong EMTP-RV được tập hợp thành từng nhóm các thư viện, gồm có:
Advanced.clf: chứa các phần tử bù linh hoạt
Pseudo Devices.clf: chứa các thiết bị liên kết (giữa các trang, các sơ đồ khối
…)
RLC branches.clf: thư viện này chứa các mô hình RLC của phần tử tập trung
Control.clf: cung cấp các hàm điều khiển cơ bản như các bộ so sánh, hằng số, tính phân, vi phân …
Control devices of TACS.clf: chứa các thiết bị điều khiển của TACS
Control functions.clf: chứa các phần tử có chức năng điều khiển
Control of machines.clf: thư viện này cung cấp các hàm điều khiển chuẩn sử dụng cho các máy điện đồng bộ
Flip flops.clf: chứa các phần tử điều khiển lật mạch
Lines.clf: cung cấp các mô hình đường dây, cáp Các hàm chức năng tính toán thông số của đường dây và cáp
Machines.clf: chứa các mô hình máy phát và động cơ điện
Meters.clf: chứa các thiết bị đo (dòng, áp, công suất, các tín hiệu điều khiển)
Nonlinear.clf: cung cấp các mô hình của các phần tử phi tuyến
Options.clf: cung cấp các lựa chọn mô phỏng và các hàm xử lý dữ liệu trên EMTP
Sources.clf: cung cấp các mô hình nguồn đơn giản
Switches.clf: cung cấp các mô hình khóa chuyển mạch
Transformers.clf: cung cấp các mô hình máy biến áp xây dựng sẵn
Trang 232.2.2 Mô phỏng của một số phần tử chính trong EMTP-RV
Tùy thuộc vào từng mô hình mà các dữ liệu cần thiết được nhập vào khác
nhau Ví dụ với mô hình nguồn V with impedance là một nguồn điều hòa được đặt
Hình vẽ 2-3: Mô hình V with impedance
Dữ liệu cho mô hình này được nhập vào 2 bảng:
Source: chứa các thông số về biên độ, tần số và góc pha
Impedane: tổng trở nguồn
Trang 24Ngoài ra, trong thư viện này còn có phần tử Load-Flow Bus được sử dụng để thiết lập các dữ liệu ban đầu (điện áp, góc pha) khi tính toán chế độ xác lập Phần tử này được đặt tại nút nguồn mà nó thiết lập dữ liệu, và có thể thiết lập nút đó ở một trong 3 loại nút sau:
Nút cân bằng(slack bus):
Nút phụ tải (PQ bus):
Nút điện áp (PV bus):
Hình vẽ 2-4: Mô hình phần tử Load-Flow Bus
a.Nút cân bằng
Các thông số khai báo cho nút này bao gồm:
Frequency: tần số của nguồn (Hz)
Controlled voltage: Biên độ điện áp thứ thự thuận tại nút mà nguồn này nối vào (V, kV, MV, kVRMS, kVRMSLL)
Controlled phase: khai báo góc pha điện áp pha thứ tự thuận tại nút đặt thiết bị
LF
b Nút phụ tải
Các thông số khai báo cho nút này bao gồm:
Frequency: tần số của nguồn (Hz)
Voltage: Biên độ điện áp pha thứ thự thuận tại nút mà nguồn này nối vào (V,
kV, MV, kVRMS, kVRMSLL) Điện áp này chỉ dùng để khởi tạo cho bước lặp đầu tiên
Trang 25 Phase: giá trị ban đầu góc pha điện áp pha thứ tự thuận tại nút đặt thiết bị LF
P,Q: công suất phát tác dụng và phản kháng tại nút
Thiết bị này có thể lấy giá trị khởi tạo từ lần giải LoadFlow trước, nếu có
c Nút điện áp
Các thông số khai báo cho nút này bao gồm:
Frequency: tần số của nguồn (Hz)
Controlled voltage: Biên độ điện áp pha thứ thự thuận tại nút mà nguồn này nối
vào (V, kV, MV, kVRMS, kVRMSLL)
Phase: giá trị ban đầu góc pha điện áp pha thứ tự thuận tại nút đặt thiết bị LF
Controlled type: dạng điều chỉnh điện áp: Điện áp pha-đất
P: công suất tác dụng phát
Qmin, Qmax: giới hạn công suất phản kháng của nguồn
2.2.2.2 Phụ tải
Hình vẽ 2-5: Mô hình phụ tải PQ Load
Cho phép nhập dưới dạng phụ tải đơn pha Khi phụ tải được nối với tín hiệu
3 pha, phụ tải được tính đối xứng đối với các pha còn lại (3 pha đối xứng) Các
thông số khai báo cho mô hình:
Vload: Điện áp dây danh định của phụ tải (VRMSLL, kVRMSLL)
P, Q: Công suất tác dụng và phản kháng (1 pha)
Hệ phương trình của thiết bị này mô hình Load-Flow như sau:
P
Q
N LF specified
Load N LF specified
Load
V
V V
Trang 26với VLF là module điện áp thực tại nút phụ tải
2.2.2.3 Máy biến áp
a Máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây
Thư viện transformers.clf cung cấp một số mô hình máy biến áp 3-pha hai cuộn dây Người sử dụng có thể sử dụng các mô hình có sẵn này hoặc thay đổi đấu nối (tổ đấu dây) bên trong sơ đồ khối bên trong của thiết bị này
Hình vẽ 2-6 mô tả sơ đồ khối cơ bản của 1 máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây YgD+30: Các khối xfmr A, B vả C có cấu tạo bao gồm 1 máy biến áp lý tưởng, các tổng trở phía sơ cấp và thứ cấp, nhánh từ hóa được thay thế bằng một điện trở Rmag
và 1 điện cảm phi tuyến Lmag (Hình vẽ 2-7)
Hình vẽ 2-6: Sơ đồ khối một máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây
Hình vẽ 2-7: Sơ đồ mạch của của 1 khối xfmr
Các tham số cần thiết cho một mô hình máy biến áp được cung cấp sẵn trong thư viện transformer.clf, bao gồm:
Dữ liệu cơ bản
Trang 27 Nominal power: Công suất cơ bản Sb
Nominal frequency: tần số f
Winding 1 voltage: điện áp cơ bản Vb1 của cuộn dây 1, điện áp dây
Winding 2 voltage: điện áp cơ bản Vb2 của cuộn dây 2, điện áp dây
Winding R: R
Winding X: X
Winding 1 R: R1
Winding 1 X: X1
Winding Impedance on winding 1: Tỉ số Dw
Winding 2 R: R2, điện trở cuộn dây 2 khi Dw không được khai báo
Winding 2 X: X2, điện kháng cuộn dây 2 khi Dw không được khai báo
Magnetization resistance: điện trở từ hóa Rmag
b Máy biến áp 3 pha 3 cuộn dây
Thư viện transformers.clf cũng cung cấp một số mô hình máy biến áp 3-pha
3 cuộn dây Người sử dụng có thể sử dụng các mô hình có sẵn này hoặc thay đổi đấu nối (tổ đấu dây) bên trong sơ đồ khối của thiết bị này
Hình vẽ 2-8 mô tả sơ đồ khối cơ bản của 1 máy biến áp 3 pha 3 cuộn dây YgYgD+30: Các khối xfmr A, B vả C có cấu tạo bao gồm 1 máy biến áp lý tưởng, các tổng trở phía sơ cấp và thứ cấp, nhánh từ hóa được thay thế bằng một điện trở Rmag và 1 điện cảm phi tuyến Lmag (Hình vẽ 2-9)
Trang 28Hình vẽ 2-8: Sơ đồ khối một máy biến áp 3 pha 3 cuộn dây
Hình vẽ 2-9: Sơ đồ mạch của một khối xfmr
Dữ liệu cơ bản:
Nominal frequency: tần số f
Nominal power for winding 1: Sb1 công suất cơ bản cuộn dây 1
Nominal power for winding 2: Sb1 công suất cơ bản cuộn dây 2
Nominal power for winding 3: Sb1 công suất cơ bản cuộn dây 3
Winding 1 voltage: điện áp cơ bản Vb1 của cuộn dây 1, điện áp dây
Trang 29 Winding 2 voltage: điện áp cơ bản Vb2 của cuộn dây 2, điện áp dây
Winding 3 voltage: điện áp cơ bản Vb3 của cuộn dây 3, điện áp dây
Winding 1 R: R1 hoặc R12 khi đơn vị pu được sử dụng
Winding 2 R: R2 hoặc R13 khi đơn vị pu được sử dụng
Winding 3 R: R3 hoặc R23 khi đơn vị pu được sử dụng
Winding 1 X: X1 hoặc X12 khi đơn vị pu được sử dụng
Winding 2 X: X2 hoặc X13 khi đơn vị pu được sử dụng
Winding 3 X: X3 hoặc X23 khi đơn vị pu được sử dụng
Đường dây thông số tập trung
Đường dây thông số rải
Cáp điện
a Đường dây thông số tập trung
Trong EMTP-RV, các thông số tập trung của mô hình đường dây có thể được tính toán thông qua hàm LINE DATA (được trình bày cụ thể ở phần sau) Tuy nhiên, các thông số này cũng có thể được nhập trực tiếp thông qua việc sử dụng mô hình:
PI 3-phase
PI line 3-phase
Trang 30Hình vẽ 2-10: Mô hình đường dây thông số tập trung
Dữ liệu cần thiết cho 2 mô hình này cơ bản là giống nhau, gồm có:
R-L-C: Các thông số hình pi của đường dây
IC (initial conditions): các điều kiện ban đầu được sử dụng cho các tính toán trong miền thời gian
b Đường dây thông số rải
Thư viện lines.ctf cung cấp các mô hình thông số rải của đường dây trên không (m-pha):
Tham số hằng: CP Line
Tham số phụ thuộc tần số: FD Line
Mô hình FD chính xác hơn mô hình CP khi kể đến sự phụ thuộc của R’ và L’ vào tần số Chính vì vậy với mô hình CP Line các thông số được khai báo trực tiếp, còn với mô hình FD Line các tham số khai báo được xây dựng bằng hàm Line Data trong cùng thư viện
LINE DATA
Hình vẽ 2-11: Mô hình cho phép thiết lập dữ liệu đường dây
Dữ liệu đầu vào cho module này bao gồm:
Dữ liệu về dây dẫn (Conductor Data)
Module: cho phép khai báo các dạng dữ liệu cần tính
Line Model: tạo ra mô hình đường dây cho các bài toán chế độ xác lập và mô phỏng thời gian
Line Parameters: tính điện trở, điện kháng, và điện dung của dây dẫn
Trang 31 Unit: xác định đơn vị sử dụng cho dữ liệu bao gồm hệ SI và hệ English
Input opton: lựa chọn cách khai sơ đồ bố trí dây :
Number of conductors: số lượng dây dẫn
Conductor data table: bảng khai báo thông số dây
Wire: số hiệu dây (số thứ tự quy ước)
Phase number: là số thứ tự pha của dây dẫn Nếu có nhiều hơn 1 dây dẫn có cùng số thứ tự pha nghĩa là các dây dẫn này được nối song song
DC resistance: điện trở 1 chiều đơn vị của dây dẫn
Outside diameter: đường kính ngoài dây dẫn
Horizontal distance: tọa độ x của dây dẫn so với 1 mốc chung (x=0)
Vertical Height at tower (VHtower): độ cao treo dây so với mặt đất của dây
Vertical Height at Midspan (VHmid): độ cao tại điểm võng thấp nhất của dây dẫn
Additional data for Wire: cho phép khai báo dữ liệu chi tiết thêm về từng dây dẫn
Skin effect corection: hiệu chỉnh theo hiệu ứng bề mặt:
Thick/Diam: khai báo tỉ số T/D
None: bỏ qua hiệu ứng bề mặt
Solid conductor: coi gần đúng dây dẫn đặc
Galloway-Wedephol: sử dụng công thức hiệu chỉnh Galloway- Wedephol (chỉ
áp dụng với Line Parameters)
Hình vẽ 2-12: Thông số dây dẫn
Trang 32 Bundle conductor: khai báo đối với dây phân pha
Number of conductor in the bundle: khai báo số lượng sợi dây
Spacing: khoảng cách giữa hai dây liền kề
Angular position (ANPHA) là góc của dây đầu tiên
Hình vẽ 2-13: Sơ đồ bố trí dây phân pha
Ngoài ra, các thông số đầu vào còn có:
Model: lựa chọn mô hình đường dây
Line length: chiều dài đường dây
c Cáp điện
Cáp điện cũng được mô phỏng thông qua cùng các mô hình có sẵn chung với đường dây trên không Tuy nhiên với mô hình cáp điện có thông số phụ thuộc vào tần số, các thông số được tính toán qua hàm được chứa trong phần tử CAPBLE DATA trong cùng thư viện
CABLE DATA
Hình vẽ 2-14: Mô hình CAPBLE DATA
Tương tự đối với LINE DATA, CAPBLE DATA được nhập các thông số đầu vào cần thiết để tính toán các thông số cần thiết cho một tuyến cáp
2.2.2.5 Mô phỏng kháng bù ngang
Kháng điện được mô phỏng theo số liệu thiết kế chuẩn đối với mỗi gam công suất khác nhau của kháng điện Trong mô hình có kể đến điện dung ký sinh của các pha với đất và điện dụng giữa các pha
Trang 33Hình vẽ 2-15: Mô hình kháng điện bù ngang
Đặc tính của kháng điện phụ thuộc rất lớn vào cấu tạo của nó:
- 3 trụ, lõi sắt có khoảng trống (3-legged gapped iron-core)
- 5 trụ, lõi sắt có khoảng trống(5-legged gapped iron-core)
- Dạng ống, lõi sắt có khoảng trống (shell type gapped iron-core)
- không lõi (air-core)
Ở cấp điện áp khoảng 60-245kV, kháng điện thường là loại dầu, 3 trụ, lõi có khoảng trống với cuộn dây dạng lớp, đĩa liên tiếp hoặc đĩa đan xen Kháng điện ở cấp điện áp 60-145kV thường là dạng cuộn dây khô, lõi không khí
Đối với cấp điện áp 300-500kV, kháng điện thường được chế tạo dưới dạng đơn pha hoặc 3 pha có lõi dạng 3 trụ, 5 trụ hoặc dạng ống Cuộn dây chế tạo kiểu lớp, đĩa liên tiếp hoặc đĩa đan xen
Giá trị điện dung hiệu dụng của điện kháng phụ thuộc vào cấu trúc của điện kháng Đối với các loại kháng dầu, điện dung bao gồm điện dung đầu sứ, điện dung nối tiếp, điện dung của cuộn dây với đất hoặc vỏ Điện dung đầu sứ khoảng từ 500-800pF Điện dung hiệu dụng của cuộn dây biến thiên khoảng từ 1200pF đến 3500pF Các kháng có cấu trúc cuộn dây theo lớp có giá trị thấp nhất và kháng có cấu trúc cuộn dây sắp xếp theo kiểu đĩa đan xen có giá trị cao nhất Đối với kháng
Trang 34khô, không có điện dụng đầu sứ, điện dung với đất rất nhỏ, điện dung nối tiếp chỉ vào khoảng 300-500pF
Bảng 2 - 1: Đặc tính kỹ thuật của kháng bù ngang cao áp và siêu cao áp
DÒNG ĐIỆN (A)
ĐIỆN CẢM (H)
ĐIỆN DUNG (NF)
Kháng bù ngang thường được nối với thanh cái tại trạm biến áp hơn là nối với đường dây Do đó, các đặc tính liên quan đến hệ thống thanh cái này cần được xét đến
Trang 35Bảng 2 - 2: Điện cảm và điện dung của hệ thống đấu nối kháng
KIỂU ĐẤU NỐI ĐIỆN CẢM (µH/m) ĐIỆN DUNG (pF/m)
Điện cảm của các đoạn đấu nối dài nhất (150-200m) cũng khá nhỏ so với
điện cảm của kháng điện, nhưng lại có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình phóng lặp
lại Điện dung của các thanh cái/dây dẫn (tối đa 170m) và các đoạn cáp ngắn hoặc
GIS khá lớn so với của kháng điện và cần phải xét đến Hơn nữa các thiết bị nối
giữa máy cắt và kháng điện cũng cần được quan tâm Điện dung của các thiết bị này
được chọn trong khoảng sau:
Bảng 2 – 3: Điện dung tương đương của các thiết bị
Biến điẹn áp (BU) 2-6 Biến dòng (BI) 0,15 – 0,45
Chống sét van 0,8 – 0,12
Bus support insulation 0.01
Condenser, Epoxy 0,10 – 1
2.3 CÁC MỨC MÔ PHỎNG VÀ TÍNH TOÁN CHÍNH
Nói chung EMTP phân biệt giữa các thiết bị công suất và thiết bị điều khiển
Các thiết bị công suất là các thiết bị điện với một mô hình cụ thể Các thiết bị điều
khiển là các thiết bị dựa trên các sơ đồ khối, chúng không được biểu diễn bằng các
Trang 36các mạch điện mà bằng các phương trình logic và toán học Các thiết bị điều khiển còn có thể được sử dụng để tạo ra các phương trình mô hình
EMTP hỗ trợ các giao tiếp giữa thiết bị điều khiển và các thiết bị công suất bằng các bộ đo (sensor) hoặc bộ chấp hành EMTP cho phép lựa chọn 4 chế độ mô phỏng khác nhau:
Load-Flow
Steady-state
Time-domain
Frequency scan
2.3.1 Tính toán trào lưu công suất
Mô phỏng phân bố công suất được tích hợp song song cùng với các module
cơ bản khác Người sử dụng có thể tạo các bản vẽ mới hoặc các có sẵn và cho thêm các ràng buộc công suất vào Các ràng buộc công suất này (LF-devices) được tạo ra bằng cách sử dụng các thiết bị “Load-Flow Bus” trong thư viện sources.clf mỗi thiết bị LF biểu diễn 1 ràng buộc tại một nút và được mô hình như các nguồn thứ tự thuận lý tưởng đằng sau một ma trận tổng dẫn Thenevin
Một thiết bị LF nữa là “PQ load” trong thư viện “RLC branches.lcf” Các ràng buộc bao gồm:
Hình vẽ 2-126: Phần tử Load Flow Option
Trang 372.3.2 Tính toán chế độ xác lập
Hệ phương trình hệ thống điện được giải bằng phương pháp pha phức Các thiết bị được cho dưới dạng mô hình tập trung Lựa chọn này có thể được sử dụng trong chế độ riêng biệt hoặc làm khởi tạo cho bài toán mô phỏng thời gian (timedomain) Trong chế độ này, các thiết bị điều khiển hệ thống bị tách ra hoặc không được tính Một số thiết bị phi tuyến được tuyến tính hóa hoặc tách ra Chế độ xác lập được tính nếu có ít nhất 1 thiết bị nguồn công suất có thời gian tstart nhỏ hơn không
2.3.3 Mô phỏng miền thời gian
Lưới điện và hệ phương trình hệ thống điều khiển được giải bằng phương pháp tích phân số Các thiết bị phi tuyến được giải trực tiếp với các phương trình lưới Phương pháp Newton được sử dụng khi tồn tại phần tử phi tuyến Mô phỏng
có thể bắt đầu từ chế độ xác lập để khởi tạo cho các biến hệ thống hoặc có thể nhập trực tiếp bằng tay Các lựa chọn mô phỏng miền thời gian có thể thực hiện thông qua thiết bị “Simulation Option” trong thư viện options.clf
Trang 38CHƯƠNG 3: HIỆN TƯỢNG QUÁ ĐỘ ĐIỆN ÁP
3.1 VẤN ĐỀ QUÁ ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
3.1.1 Quá điện áp trong hệ thống điện
Trong hệ thống điện, hiện tượng quá độ điện áp là hiện tượng có ý nghĩa rất quan trọng đến quá trình vận hành, đến chất lượng điện áp và an toàn của thiết bị
Về cơ bản hiện tượng này được phân chia như sau:
Quá độ điện áp thường xuyên (quá điện áp tạm thời)
- Do hiệu ứng Ferranti (hiệu ứng đường dây dài)
- Do hiện tượng tự kích của máy phát
- Quá điện áp trên pha còn lại trong ngắn mạch 1 pha
- Ngắt tải đột ngột hay sự cố tải
Quá điện áp cộng hưởng dao động tần số thấp
- Quá điện áp cộng hưởng hệ thống
- Quá điện áp cộng hưởng cục bộ
- Sét đánh trực tiếp (phóng điện trực tiếp)
- Sét đánh vào dây chống sét hoặc cột (phóng điện ngược)
- Cảm ứng sét
Quá điện áp do các điều kiện bất thường khác
3.1.2 Quá điện áp thường xuyên
3.1.2.1 Quá điện áp do hiệu ứng đường dây dài (hiện tượng Ferranti)
Trang 39Giả thiết ta có một hệ thống điện đơn giản như trình bày trong Hình vẽ 3-1
Hình vẽ 3-1: Hệ thống điện đơn giản
Khi đó đồ thị vector điện áp tại điểm đầu và cuối của đường dây có thể xảy
ra một trong hai trường hợp như trong Hình vẽ 3-2
Hình vẽ 3-2: Đồ thị vector điện áp nút
Có thể thấy rằng, khi hệ số công suất âm, điện áp nhận được ở cuối đường
dây vr sẽ lớn hơn điện áp ở đầu đường dây vs, hiện tượng này gọi là hiện tượng
Ferranti Trong hầu hết các trường hợp, việc phụ tải mang tính dung gây ra bởi điện
dung ký sinh trên đường dây
Xét trường hợp khi hở mạch ở cuối đường dây, biểu thức điện áp như sau:
( ) 1 ( ) osh (s).x
r s
V
Như vậy, tỉ số giữa điện áp phía cuối đường dây và đầu đường dây, ngoài
việc phụ thuộc vào thông số đường dây, còn phụ thuộc vào chiều dài đường dây
Trang 40Hình vẽ 3-3: Hiệu ứng Ferranti
Hình vẽ 3-3 trình bày ví dụ về ảnh hưởng của hiện tượng Ferranti Trong thực tế, hiện tượng này thường xuất hiện trong chế độ phụ tải cực tiểu Để ngăn chặn ảnh hưởng của hiện tượng này, hiện nay ở Việt Nam thường áp dụng việc đặt các kháng bù ngang ở cuối những cung đoạn đường dây siêu cao áp dài (thường là
từ 300km trở lên)
3.1.2.2 Quá điện áp do tự kích của máy phát
Khi mà một tải có tính điện dung được nối với máy phát, quá điện áp có thể xảy ra ở cực máy phát kể cả trong trường hợp sức điện động bằng 0 Hiện tượng đó được gọi là hiện tượng quá điện áp do tự kích của máy phát
Hình vẽ 3-4: Hiện tượng tự kích của máy phát
Hình vẽ 3-4 trình bày hiện tượng quá điện do tự tích của máy phát trong một
hệ thống điện đơn giản, gồm:
