Nghiên cứu hệ thống bảo vệ các bộ tụ bù tại trạm biến áp 110kv tại tp hồ chí minh

Các hiện tượng này có th làm hư hỏng cách điện của bộ tụ và các thiết bị khác trong trạm, gây tác động sai lệch cho mạch bảo vệ, mạch điều khi n và ảnh hưởng đến chất lượng điện năng cun

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM

-

LÊ QUỐC BẢO

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG BẢO VỆ CÁC BỘ TỤ BÙ TẠI TRẠM BIẾN ÁP 110kV

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM

-

LÊ QUỐC BẢO

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG BẢO VỆ

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Xuân Hoàng Việt

Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Công nghệ TP.HCM

ngày 19 tháng 11 năm 2017

Thành phần hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm:

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn sau khi Luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận văn

NGÔ CAO CƯỜNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

PHÒNG QLKH – ĐTSĐH Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

TP.HCM, ngày 31 tháng 7 năm 2017

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: LÊ QUỐC BẢO Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 06/3/2016 Nơi sinh: TP.HCM

I Tên đề tài:

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG BẢO VỆ CÁC BỘ TỤ BÙ TẠI TRẠM BIẾN ÁP 110kV TẠI TP HỒ CHÍ MINH

II Nhiệm vụ và nội dung:

T m hi u quá tr nh quá độ xảy ra khi th c hiện đóng và c t điện tụ bù 22kV tại các trạm 110kV trong trường hợp không có s cố và xảy ra s cố tại bộ tụ bù

III Ngày giao nhiệm vụ: 07/10/2016

IV Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 31/7/2017

V Cán bộ hướng dẫn: TS Nguyễn Xuân Hoàng Việt

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là luận văn của riêng tôi Nội dung, số liệu được tập hợp

từ nhiều nguồn khác nhau Thuyết minh, mô phỏng và kết quả tính toán được bản thân tôi th c hiện

Tôi xin cam đoan rằng mọi s giúp đỡ cho việc th c hiện Luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được ghi rõ nguồn gốc

Học viên thực hiện Luận văn

Tp.HCM, ngày 31 tháng 7 năm 2017

Lê Quốc Bảo

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo trong Bộ môn Hệ Thống Điện trường Đại học Công nghệ Tp.HCM, cán bộ công nhân viên thuộc Công ty Lưới điện Cao thế Tp.HCM và bạn bè, đồng nghiệp đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi th c hiện luận văn Đặc biệt tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu s c tới thầy giáo

TS Nguyễn Xuân Hoàng Việt – thầy đã tận t nh quan tâm hướng dẫn giúp đỡ tôi

xây d ng và hoàn thành luận văn này

V thời gian và kiến thức còn hạn chế bản luận văn này không th tránh khỏi nhiều thiếu sót, tôi rất mong nhận được s góp ý của các thầy cô, bạn bè và đồng nghiệp đ bản luận văn này ngày càng hoàn thiện

Tôi xin chân thành cảm ơn!

TÓM TẮT

Mô phỏng và phân tích các hiện tượng của quá tr nh quá độ khi thao tác đóng

c t bộ tụ điện trong trạm biến thế 110kV là một khía cạnh trong công tác thiết kế,

l p đặt vận hành bộ tụ bù Các hiện tượng này có th làm hư hỏng cách điện của bộ

tụ và các thiết bị khác trong trạm, gây tác động sai lệch cho mạch bảo vệ, mạch điều khi n và ảnh hưởng đến chất lượng điện năng cung cấp cho khách hàng D a vào các kết quả mô phỏng từ phần mềm ATP đ từ đó nhà chế tạo và người vận hành đưa ra các giải pháp nhằm hạn chế mức thấp nhất quá điện áp khi thao tác đóng bộ

Simulation and analysis of transient phenomena during capacitor switching operation in 110kV transformer stations is an aspect in the design, installation and operation of compensating capacitors These phenomena can damage the insulation

of the capacitor and other equipment in the substation, causing false positives for the circuit, the control circuit and the quality of the power supplied to the customer Based on simulation results from the ATP software from which the manufacturer and the operator propose solutions to minimize the overvoltage when operating capacitor banks at the 110 kV substation

The case of capacitor banks at the 110 kV substation using ATP software for simulations includes: simulation of transient processes occurring when switching on

or off the capacitors and simulating the Transient Recovery Voltage of the circuit breaker when cut out the capacitors

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

TÓM TẮT iii

ABSTRACT iv

MỤC LỤC v

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vii

DANH MỤC CÁC BẢNG viii

DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH ix

MỞ ĐẦU 1

1 Đặt vấn đề: 1

2 Mục tiêu nghiên cứu: 2

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: 2

4 Phương pháp nghiên cứu: 2

5 Nội dung của luận văn: 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRẠM BIẾN ÁP 4

1.1 Chức năng một số thiết bị trong trạm biến áp 6

1.1.1 Máy biến áp 6

1.1.2 Máy c t trung thế 6

1.1.3 Tụ bù trung thế: 15

1.2 Hệ thống Rơ-le bảo vệ 16

1.2.1 Nhiệm vụ của bảo vệ rơ-le: 17

1.2.2 Ký hiệu một số chức năng bảo vệ rơ-le thường được sử dụng trong trạm biến áp: 18

1.2.3 Các chức năng bảo vệ rơ-le được sử dụng cho các thiết bị tại trạm: 19

CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU CHƯƠNG TRÌNH ATP/ EMTP 21

2.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ATP/EMTP: 21

2.1.1 Nguyên t c hoạt động: 22

2.1.2 Khả năng của chương tr nh: 22

2.1.3 Mô h nh hợp nhất các Module mô phỏng trong ATP 23

2.1.4 Một số ứng dụng quan trọng của ATP/EMTP: 24

2.2 ATPDraw 25

2.2.1 Giới thiệu sơ lược về ATPDraw: 25

2.2.2 Các thiết bị tiêu chuẩn trong ATPDraw 26

2.2.2.1 Nguồn điện (Sources) 27

2.2.2.2 Nhánh (Branch) 28

2.2.2.3 Máy biến áp (transformers) 30

2.2.2.4 Thiết bị đóng c t (Switch) 31

2.2.2.5 Máy điện (Machines) 31

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH GIẢ LẬP KHI THAO TÁC ĐÓNG, CẮT ĐIỆN BỘ TỤ BÙ 33

3.1 Thông số các phần tử trong trạm biến áp cần mô phỏng: 33

3.1.1 Máy biến áp: 33

3.1.2 Máy c t bộ tụ bù: 33

3.1.3 Bộ tụ bù: 34

3.1.4 Sơ đồ nối điện trạm Lê Minh Xuân: 34

3.2 Mô h nh các phần tử hệ thống điện trong mô phỏng 34

3.2.1 Mô h nh nguồn điện 34

3.2.2 Mô h nh thevenin hệ thống tại thanh cái 22kV của trạm: 35

3.2.3 Mô h nh tụ bù 3 pha 22kV: 35

3.2.4 Mô h nh máy c t điện 3 pha 22kV: 36

3.3 Diễn biến s cố và các kết quả mô phỏng quá tr nh quá độ đóng c t bộ tụ bù 22kV tại trạm biến áp 110kV Lê Minh Xuân: 37

3.3.1 Diễn biến s cố ngày 27/4/2017: 37

3.3.2 Th c hiện mô phỏng trường hợp đóng điện tụ bù: 37

3.3.3 C t điện tụ bù 49

3.3.4 C t điện tụ bù khi có s cố 55

CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH CÁC KẾT QUẢ TÍNH TOÁN, MÔ PHỎNG VÀ CÁC KIẾN NGHỊ 62

4.1 Phân tích: 62

4.2 Kiến nghị: 62

TÀI LIỆU THAM KHẢO 64

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Programmer

Program

Chương tr nh nghiên cứu quá độ điện từ TRV Transient Recovery Voltage Điện áp phục hồi quá

độ

ONAF Oil Natural Alternating Fan Làm mát bằng dầu

tuần hoàn có quạt ONAN Oil Natural Alternating not

Fan

Làm mát bằng dầu tuần hoàn không có quạt

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1: Khả năng mô phỏng của ATP 22

Bảng 2.2: Các loại nguồn trong ATP 27

Bảng 2.3: Các phần tử phi tuyến 28

Bảng 2.4: Các loại đường dây có thông số dải (đường dây hoán vị) 29

Bảng 2.5: Các loại đường dây có thông số dải (đường dây không hoán vị) 29

Bảng 2.6: Các dạng đường dây có thông số tập trung 29

Bảng 2.7: Các phần tử “cable constants” hoặc “line constants” 30

Bảng 2.8: Các loại máy biến áp 30

Bảng 2.9: Các loại thiết bị đóng c t 31

Bảng 2.10: Các loại máy điện 32

DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH

H nh 1.1: Sơ đồ nối điện trạm Lê Minh Xuân 5

H nh 1.2: Quá tr nh c t của hệ thống thuần trở, thuần kháng 9

H nh 1.3: Mô h nh nguyên t c xếp chồng quá tr nh đóng máy c t 10

H nh 1.4: Dòng điện, TRV và RV 10

H nh 1.5: Quá tr nh c t hệ thống thuần dung 11

H nh 1.6: Sơ đồ biến đổi tương đương của hệ thống điện có máy c t bộ tụ bù ngang đóng c t thông qua cuộn kháng 11

H nh 1.7: Mối quan hệ P, τ theo g 14

H nh 1.8: Sơ đồ mạch nhị thứ tại trạm Lê Minh Xuân 16

Hình 2.1: Mô hình ATP/EMTP 23

H nh 2.2: Mối tương quan giữa ATPDraw và các module khác 24

H nh 2.3: Cửa sổ giao diện của ATPDraw 26

H nh 3.1: Mô h nh và nhập số liệu cho nguồn điện 3 pha 34

H nh 3.2: Mô h nh và nhập số liệu cho giá trị Thevenin tại thanh cái 22kV của trạm 35

H nh 3.3: Mô h nh và nhập số liệu cho tụ bù 36

H nh 3.4: Mô h nh và nhập số liệu cho máy c t 36

H nh 3.5: Mô h nh mô phỏng quá tr nh quá độ khi đóng điện tụ bù 37

H nh 3.6: Điện áp nguồn và của tụ bù pha A khi cấp điện tụ bù tại góc 0 38

H nh 3.7: Dòng điện xung kích pha A của tụ bù khi cấp điện tụ bù tại góc 0 38

H nh 3.8: Điện áp nguồn và của tụ bù pha B khi cấp điện tụ bù tại góc 0 39

H nh 3.9: Dòng điện xung kích pha B của tụ bù khi khi cấp điện tụ bù tại góc 0 39

H nh 3.10: Điện áp nguồn và của tụ bù pha C khi khi cấp điện tụ bù tại góc 0 40

H nh 3.11: Dòng điện xung kích pha C của tụ bù khi cấp điện tụ bù tại góc 0 40

H nh 3.12: Điện áp nguồn và của tụ bù pha khi cấp điện tụ bù tại góc π/2 41

H nh 3.13: Dòng điện xung kích pha A của tụ bù khi cấp điện tụ bù tại góc π/2 41

H nh 3.14: Điện áp nguồn và của tụ bù pha B khi cấp điện tụ bù tại góc π/2 42

H nh 3.15: Dòng điện xung kích pha B của tụ bù khi cấp điện tụ bù tại góc π/2 42

H nh 3.16: Điện áp nguồn và của tụ bù pha C khi cấp điện tụ bù tại góc π/4 43

H nh 3.17: Dòng điện xung kích pha C của tụ bù khi cấp điện tụ bù tại góc π/2 43

H nh 3.18: Điện áp nguồn và của tụ bù pha A khi cấp điện tụ bù tại góc π 44

H nh 3.19: Dòng điện xung kích pha A của tụ bù khi cấp điện tụ bù tại góc π 44

H nh 3.20: Điện áp nguồn và của tụ bù pha B khi cấp điện tụ bù tại góc π 45

H nh 3.21: Dòng điện xung kích pha B của tụ bù khi cấp điện tụ bù tại góc π 45

H nh 3.22: Điện áp nguồn và của tụ bù pha C khi cấp điện tụ bù tại góc π 46

H nh 3.23: Dòng điện xung kích pha C của tụ bù khi cấp điện tụ bù tại góc π 46

H nh 3.24: Điện áp nguồn và của tụ bù pha A khi cấp điện tụ bù tại góc 3π/2 47

H nh 3.25: Dòng điện xung kích pha A của tụ bù khi cấp điện tụ bù tại góc 3π/2 47

H nh 3.26: Điện áp nguồn và của tụ bù pha B khi cấp điện tụ bù tại góc 3π/2 47

H nh 3.27: Dòng điện xung kích pha B của tụ bù khi cấp điện tụ bù tại góc 3π/2 48

H nh 3.28: Điện áp nguồn và của tụ bù pha C khi cấp điện tụ bù tại góc 3π/2 48

H nh 3.29: Dòng điện xung kích pha C của tụ bù khi cấp điện tụ bù tại góc 3π/2 48

H nh 3.30: Mô h nh mô phỏng quá tr nh quá độ khi c t điện tụ bù (có sử dụng mô h nh giả lập hồ quang điện theo mô h nh Cassie và Mayr cải tiến) 49

H nh 3.31 Dòng điện xung kích pha A của tụ bù khi mở máy c t tụ bù tại góc 0 50

H nh 3.32: Dòng điện xung kích pha B của tụ bù khi mở máy c t tại góc 0 50

H nh 3.33: Dòng điện xung kích pha C của tụ bù khi mở máy c t tại góc 0 50

H nh 3.34 Dòng điện xung kích pha A của tụ bù khi mở máy c t tại góc π/2 51

H nh 3.35: Dòng điện xung kích pha B của tụ bù khi mở máy c t tại góc π/2 51

H nh 3.36: Dòng điện xung kích pha C của tụ bù khi mở máy c t tại góc π/2 51

H nh 3.37 Dòng điện xung kích pha A của tụ bù khi mở máy c t tại góc π 52

H nh 3.38: Dòng điện xung kích pha B của tụ bù khi mở máy c t tại góc π 52

H nh 3.39: Dòng điện xung kích pha C của tụ bù khi mở máy c t tại góc π 53

H nh 3.40 Dòng điện xung kích pha A của tụ bù khi mở máy c t tại góc 3π/2 53

H nh 3.41: Dòng điện xung kích pha B của tụ bù khi mở máy c t tại góc 3π/2 54

H nh 3.42: Dòng điện xung kích pha C của tụ bù khi mở máy c t tại góc 3π/2 54

H nh 3.43: Mô h nh mô phỏng quá tr nh quá độ khi rơ-le bảo vệ tác động c t điện tụ bù (có sử dụng giả lập hồ quang điện theo mô h nh Cassie và Mayr cải tiến) khi có s cố 1 pha chạm đất 55

H nh 3.44 Dòng điện xung kích pha A của tụ bù khi có s cố tại thời đi m góc 0 56

H nh 3.45: Dòng điện xung kích pha B của tụ bù khi có s cố tại thời đi m góc 0 56

H nh 3.46: Dòng điện xung kích pha C của tụ bù khi có s cố tại thời đi m tại góc 0 57

H nh 3.47 Dòng điện xung kích pha A của tụ bù khi có s cố tại thời đi m góc π/2 57

H nh 3.48: Dòng điện xung kích pha B của tụ bù khi có s cố tại thời đi m góc π/2 58

H nh 3.49: Dòng điện xung kích pha C của tụ bù khi có s cố tại thời đi m góc π/2 58

H nh 3.50 Dòng điện xung kích pha A của tụ bù khi có s cố tại thời đi m góc π 59

H nh 3.51: Dòng điện xung kích pha B của tụ bù khi có s cố tại thời đi m góc π 59

H nh 3.52: Dòng điện xung kích pha C của tụ bù khi có s cố tại thời đi m góc π 59

H nh 3.53 Dòng điện xung kích pha A của tụ bù khi có s cố tại thời đi m góc 3π/2 60

H nh 3.54: Dòng điện xung kích pha B của tụ bù khi có s cố tại thời đi m góc 3π/2 60

H nh 3.55: Dòng điện xung kích pha C của tụ bù khi có s cố tại thời đi m góc 3π/2 61

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề:

Điện năng là loại năng lượng khó lưu giữ mà thường phải sử dụng ngay sau khi được sản xuất Những nơi đặt nhà máy sản xuất điện (nguồn điện) thường là những vùng xa khu dân cư, phụ tải nên đ truyền tải điện đến nơi tiêu thụ cần một mạng lưới vô cùng phức tạp bao gồm: các máy phát điện, máy biến áp tăng áp, đường dây truyền tải, các máy biến áp hạ áp và đường dây phân phối Đ đảm bảo cho việc cung cấp điện được liên tục, cũng như đảm bảo an toàn trong việc bảo vệ mạng lưới điện, ta phải sử dụng nhiều máy c t đ tác động nhanh, chính xác nhằm nhanh chóng cách ly s cố ra khỏi hệ thống cũng như đóng lại các thiết bị sau khi s cố đã được xử lý Chính v vậy, máy c t là phần tử rất quan trọng trong hệ thống điện nói chung và hệ thống truyền tải điện cao áp nói riêng

Ngoài ra đ giữ ổn định điện áp tại một nút điện áp, người ta đặt một bộ tụ bù ngang ở nút đó Quá tr nh đóng c t máy c t của bộ tụ này có rất nhiều vấn đề cần phải nghiên cứu Hiện tại, tại khu v c Tp.HCM đang được cung cấp nguồn điện 22kV từ 66 trạm biến áp 220-110kV / 22kV Trong thời gian cao đi m, tại các trạm

220 – 110kV / 22kV sẽ đóng điện các bộ tụ bù đ bù công suất phản kháng trên lưới điện Khi các bộ tụ bù 22kV tại các trạm điện được kết nối vào lưới điện, một dòng điện xung kích sẽ xuất hiện và khi mở máy c t tụ bù, đặc biệt là trong trường hợp s

cố sẽ xuất hiện s phóng hồ quang điện giữa 2 tiếp đi m của máy c t nếu sử dụng loại máy c t b nh thường, không phải loại chuyên dùng cho việc đóng c t bộ tụ bù Hiện tượng trên có th xảy ra và gây hư hỏng cách điện cho bộ tụ bù, làm cho rơle bảo vệ tác động sai lệch, ảnh hưởng đến việc cung cấp điện năng và chất lượng điện năng

Vấn đề nghiên cứu này được l a chọn do việc tính toán trị số bảo vệ rơle quá dòng cho tụ bù 22kV tại trạm 110kV vẫn còn mang tính chất kinh nghiệm là chủ yếu, chưa có công cụ đ hỗ trợ cho việc khảo sát khi th c hiện việc đóng / c t điện

tụ bù 22kV tại các trạm biến áp

Là một nhân viên đang công tác tại tổ Rơle thuộc Trung tâm Điều độ Hệ thống điện Tp.HCM, em đã l a chọn đề tài: NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG BẢO VỆ CÁC

BỘ TỤ BÙ TẠI TRẠM BIẾN ÁP 110kV TẠI TP HỒ CHÍ MINH, với mong muốn

sử dụng chương tr nh mô phỏng, th c hiện lại các quá tr nh thao tác máy c t điện bộ

tụ bù trung thế 22kV với các điều kiện b nh thường và s cố đ có th hi n rõ hơn quá tr nh quá độ xảy ra trong việc th c hiện các thao tác và ứng dụng kết quả này vào công việc của bản thân

2 Mục tiêu nghiên cứu:

Đ khảo sát, phân tích và đưa ra các giải pháp nhằm hạn chế các hiện tượng quá

độ có th xảy ra khi thao tác đóng c t bộ tụ bù trung thế 22kV trong các trạm biến

áp 220-110kV/ 22kV tại các thời đi m, khi có s cố quá dòng và không có s cố

Do đó, đề tài sẽ th c hiện các nhiệm vụ sau:

- T m hi u về trạm biến áp 220-110kV / 22kV, các thiết bị liên quan đến quá

tr nh đóng c t, bảo vệ bộ tụ bù trung thế tại trạm;

- T m hi u về hiện tượng RV, TRV xảy ra khi đóng c t máy c t đối với tải mang tính chất cảm và tính chất dung;

- T m hi u về các mô h nh giả lập hồ quang điện;

- Nghiên cứu tổng quan về chương tr nh giả lập ATP/EMTP;

- Ứng dụng chương tr nh ATP/EMTP đ mô phỏng quá tr nh quá độ khi th c hiện đóng c t bộ tụ bù trung thế 22kV trong vận hành

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

Trong luận văn này, em th c hiện nghiên cứu quá tr nh đóng c t máy c t bộ tụ

bù 22kV tại trạm biến áp 110kV Lê Minh Xuân Phạm vi khảo sát là thời đi m quá

độ khi th c hiện thao tác đóng c t máy c t, từ đó đưa ra các nhận xét, kết luận, kiến nghị khi th c hiện thao tác đóng c t bộ tụ bù tại trạm

4 Phương pháp nghiên cứu:

- Tham khảo, phân tích, tổng hợp, sử dụng có chọn lọc tài liệu từ các công

tr nh nghiên cứu, các bài báo đã được công bố trên các tạp chí chuyên ngành

trong nước và ngoài nước

- Lấy số liệu vận hành th c tế cũng như báo cáo s cố tại trạm biến áp

110kV Lê Minh Xuân

- D a trên các số liệu đã thu thập và các mô h nh được sử dụng trong các bài báo khoa học đ mô phỏng bằng phần mềm ATP/EMTP

- D a vào kết quả mô phỏng đạt được đ đưa ra phân tích, đánh giá, kết luận cũng như đóng góp thêm vào quá tr nh vận hành tại trạm biến áp

5 Nội dung của luận văn:

Nội dung của luận văn được tr nh bày trong 4 chương:

Chương 1: Tổng quan về trạm biến áp

Chương 2: T m hi u chương tr nh ATP/EMTP

Chương 3: Xây d ng mô h nh giả lập khi thao tác đóng, c t điện bộ tụ bù Chương 4: Phân tích các kết quả tính toán, mô phỏng và các kiến nghị

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRẠM BIẾN ÁP

Trạm biến áp dùng đ biến đổi điện năng từ cấp điện áp này sang cấp điện áp khác Nó đóng vai trò rất quan trọng trong hệ thống cung cấp điện Nhà máy điện và trạm biến áp là các phần tử quan trọng trong hệ thống điện có th cung cấp điện có

th cung cấp điện năng cho phụ tải ở một nơi khác xa hơn, khoảng cách đó có th là nhiều cây số

Hiện nay nước ta đã nâng cấp điện áp lên đến 500kV đ tạo thành hệ thống điện hoàn hảo vận hành từ 1994 đến nay Chính v lẽ đó trạm biến áp th c hiện nhiệm vụ chính là nâng cấp lên cao khi truyền tải, rồi những trung tâm tiếp nhận điện năng (cũng là trạm biến áp) có nhiệm vụ hạ mức điện áp xuống đ phù hợp với nhu cầu Hiện nay nước ta đang sử dụng các cấp diện áp sau:

+ 380/220 V dùng trong mạng hạ áp, trung tính nối đất tr c tiếp

Tuy có nhiều cấp điện áp khác nhau nhưng khi thiết kế, chế tạo vận hành thiết bị điện được chia làm hai loại cơ bản:

- Thiết bị điện hạ áp có U < 1000 V

- Thiết bị điện cao áp có U > 1000 V

Từ s phân chia trên sẽ dẫn đến s khác nhau về cấu trúc, chủng loại cả các khí

cụ điện, của các công tr nh xây d ng và cả chế độ vận hành

Sơ đồ trạm biến áp và chức năng các thiết bị trong trạm biến áp:

Hình 1.1: Sơ đồ nối điện trạm Lê Minh Xuân

1.1 Chức năng một số thiết bị trong trạm biến áp

1.1.1 Máy biến áp

Ký hiệu b t đầu bằng Tx

Máy biến áp là loại máy điện tĩnh, dùng đ biến đổi điện áp của hệ thống điện xoay chiều nhưng vẫn giữa nguyên tần số của hệ thống Tại trạm biến áp, máy biến áp có chức năng hạ áp từ điện áp cao 110kV–220kV xuống điện áp thấp 15kV–22kV

- Các thông số đặc trưng của máy biến áp:

+ Công suất định mức: ký hiệu Sđm (đơn vị đo kVA), là công suất bi u kiến

đưa ra ở cuộn dây thứ cấp máy biến áp khi điện áp, dòng điện máy biến áp ở định mức

+ Điện áp định mức: điện áp định mức của cuộn dây sơ cấp máy biến áp là

điện áp giữa các pha của nó khi cuộn dây thứ cấp hở mạch và có điện áp bằng điện

áp định mức thứ cấp Điện áp định mức của cuộn dây thứ cấp máy biến áp là điện

áp giữa các pha của nó khi không tải mà điện áp trên c c cuộn dây sơ cấp bằng điện

áp định mức sơ cấp

+ Hệ số biến áp: hệ số biến áp k được xác định bằng tỷ số giữa điện áp định

mức của cuộn dây cao áp với điện áp định mức của cuộn dây hạ áp

+ Dòng điện định mức: là dòng điện qui định cho mỗi cuộn dây của máy

biến áp ứng với công suất định mức và điện áp định mức Theo qui ước, với máy biến áp 1 pha, dòng điện định mức là dòng điện pha Với máy biến áp 3 pha dòng điện định mức là dòng điện dây Dòng điện định mức sơ cấp, ký hiệu là I1đm, dòng điện định mức thứ cấp, ký hiệu là I2đm Đơn vị dòng điện ghi trên máy biến áp

Máy c t có khả năng dẫn điện tốt, chịu được nhiệt và l c cơ học phát sinh ra khi đóng máy c t do dòng điện tải nhỏ hơn hoặc tương đương với dòng ng n mạch định mức

Khi c t, máy c t cách điện tốt và chịu được điện áp giữa các tiếp đi m, điện

áp so với đất và điện áp giữa các pha Hồ quang điện được h nh thành sau khi các tiếp đi m b t đầu tách ra, máy c t chuy n từ trạng thái dẫn điện sang trạng thái không dẫn điện trong khoảng thời gian rất ng n Hồ quang thường được dập t t khi dòng điện đạt đến giá trị không trong chu kỳ dòng điện xoay chiều; cơ chế dập hồ quang này được th c hiện bằng cách kéo dài hồ quang với chiều dài tối đa, tăng điện trở và hạn chế dòng Có nhiều kỹ thuật khác nhau được dùng đ tăng chiều dài

hồ quang điện, tùy theo kích thước, định mức và ứng dụng th c tế

Đ l a chọn một máy c t dùng cho một hệ thống cụ th ta cần cân nh c chủ yếu đến dòng điện mà máy c t có khả năng dẫn điện liên tục mà không quá nóng (dòng tải định mức trong điều kiện b nh thường) và dòng điện tối đa máy c t có th chịu đ ng khi c t ra khỏi s cố hoặc đóng vào đi m s cố (dòng ng n mạch định mức) Các nghiên cứu trong hệ thống điện sẽ định lượng các giá trị này và ta có th chọn các giá trị định mức từ các bảng cho sẵn theo tiêu chuẩn phù hợp

Khi đóng c t máy c t, tùy vào cấp điện áp, cấu trúc hệ thống điện mà điện áp quá độ, dòng điện quá độ có giá trị khác nhau, yêu cầu của máy c t là phải chịu được giá trị đó Ngoài ra, trong sơ đồ thiết kế phải có thêm các thiết bị đ đảm bảo

an toàn cho nhân viên sửa chữa Các tiêu chuẩn máy c t chủ yếu đang được áp dụng

là của IEEE/ANSI (American National Standards Institute – Viện Tiêu chuẩn Quốc gia Hoa Kỳ) và IEC (International Electrotechnical Commission - Ủy ban Kỹ thuật Điện Quốc tế) Các tiêu chuẩn này yêu cầu máy c t phải được thiết kế và sản xuất

đ đáp ứng các thông số kỹ thuật như khả năng cách điện, khả năng đóng c t, khả năng bảo vệ tiếp đi m, khả năng mang tải

a Các thông số kỹ thuật của máy cắt cần quan tâm bao gồm:

- Điện áp định mức: Là điện áp giới hạn trên của điện áp cao nhất của hệ

thống mà máy c t được thiết kế Điện áp định mức là thông số quan trọng đ tính cách điện giữa các pha với đất, giữa các pha với nhau, đ thiết kế cấu tạo của buồng dập hồ quang và khoảng cách giữa các đầu tiếp đi m

- Dòng điện định mức: Là dòng điện lớn nhất (giá trị hiệu dụng) có th

truyền qua máy c t một cách liên tục trong các điều kiện làm việc cho trước

- Dòng điện cắt định mức: Là dòng điện lớn nhất (giá trị hiệu dụng) mà

máy c t có th c t mạch một cách an toàn khi ng n mạch, c t nhiều lần trong giới hạn quy định

- Dòng điện ổn định động định mức: Là giá trị tức thời lớn nhất đầu tiên

của dòng điện trong giai đoạn quá độ sau khi có dòng điện chạy qua, dòng điện lớn nhất có th truyền qua máy c t khi ở vị trí đóng

- Dòng điện đóng định mức: Là giá trị lớn nhất của dòng điện mà máy c t

có th đóng mạch một cách an toàn trong thao tác đóng mạch

- Dòng điện và thời gian ổn định nhiệt định mức: Là các đại lượng đặc

trưng cho khả năng chịu đ ng tác dụng nhiệt ng n hạn của dòng điện ng n mạch

b Quá trình đóng cắt máy cắt

Quá tr nh thao tác đóng c t máy c t đều xảy ra vấn đề đối với hệ thống điện Trong quá tr nh đóng, hệ thống bị quá điện áp thao tác, ảnh hưởng đến cách điện của các thiết bị Trong quá tr nh c t, hệ thống xuất hiện quá điện áp phục hồi RV (Recovery Voltage), RV quá cao có th gây phóng điện lại ở tiếp đi m máy c t

Tất cả các phương pháp c t dòng trong hệ thống điện cao áp đều tạo ra một khoảng cách không dẫn điện vào giữa đoạn dẫn điện Điều này có th đạt được bằng cách tách các tiếp đi m ra Khoảng cách được h nh thành giữa các tiếp đi m được lấp đầy bởi chất lỏng, khí, hoặc chân không Tuy nhiên, giữa hai tiếp đi m có th bị phóng điện trở lại qua các chất cách điện trên làm ảnh hưởng đến quá tr nh c t

Việc c t ra dòng tải điện trở thuần thường không gây ra vấn đề g đáng k Điện áp và dòng điện của hệ thống thuần trở trùng pha nhau Khi máy c t c t, điện

áp tăng dần từ không đến đỉnh theo dạng tần số công nghiệp, điện áp xuất hiện giữa các tiếp đi m bằng chính giá trị điện áp định mức của hệ thống và được duy tr đến khi tiếp đi m mở hoàn toàn Tuy nhiên, trong nhiều hệ thống, thành phần điện cảm của dòng điện lớn hơn nhiều so với các thành phần điện trở, khi các tiếp đi m mở

ra, dòng được c t, điện áp có xu hướng tăng tới giá trị đỉnh của nó Dẫn đến điện áp giữa các tiếp đi m tăng vọt, lớn hơn gấp nhiều lần giá trị điện áp c c đại trong chế

độ xác lập Trong những trường hợp này, hồ quang có th phóng lại mặc dù các tiếp

đi m đã được tách

Hình 1.2: Quá trình cắt của hệ thống thuần trở, thuần kháng

Hồ quang điện xoay chiều được dập t t khi dòng điện qua giá trị không Thiết bị dập hồ quang trong máy c t xoay chiều sẽ khử ion giữa các tiếp đi m khi dòng điện đi qua giá trị không, giảm điện áp phục hồi nhằm ngăn ngừa hồ quang cháy lại

Khi nghiên cứu về công nghệ máy c t, người ta quan tâm đến quá tr nh xảy

ra trong hệ thống điện nối với máy c t như dạng sóng và biên độ của điện áp sau khi

c t Phân loại theo chức năng của máy c t trong lưới điện cao áp bao gồm các loại sau: Máy c t các phía của máy biến áp l c, máy c t vòng, máy c t liên lạc, máy c t đường dây, máy c t tụ (tụ bù dọc, tụ bù ngang), máy c t kháng, Trong phạm vi của luận văn, ta sẽ đi nghiên cứu về máy c t tụ bù

c Chế độ làm việc của máy cắt bộ tụ bù

Việc đóng tụ điện tương đương với việc đóng một lượng công suất phản kháng vào hệ thống khiến hệ thống bị quá điện áp thao tác (do công suất phản kháng ảnh hưởng đến điện áp lưới nhiều hơn công suất tác dụng) Khi c t, giữa hai đầu c c máy c t sẽ xuất hiện điện áp phục hồi quá độ (Transient Recovery Voltage – TRV)

Quá tr nh đóng c t được phân tích d a trên trạng thái xác lập – tồn tại trước thao tác c t - và phản ứng quá độ của hệ thống Khi các tiếp đi m b t đầu tách ra khi thao tác c t sẽ b t đầu xuất hiện điện áp quá độ giữa các tiếp đi m này Điện áp này gọi là TRV, xuất hiện ngay sau khi dòng bằng không và trong khoảng vài ms

Hình 1.3: Mô hình nguyên tắc xếp chồng quá trình đóng máy cắt

Tuy nhiên, điều quan trọng cần lưu ý rằng điện áp phục hồi bao gồm hai thành phần: thành phần quá độ (dao động cao tần) và điện áp quá độ phục hồi (TRV), xuất hiện ngay sau khi dòng về không, và thành phần xác lập là điện áp xác lập ở tần số công nghiệp sau khi hết quá độ Dạng sóng của dao động điện áp được xác định bởi các thông số hệ thống

Hình 1.4: Dòng điện, TRV và RV

Quá điện áp xảy ra khi c t tụ bù ngang ra khỏi hệ thống có trị số rất lớn, đủ

đ phá hoại cách điện đường dây và có th gây nổ máy c t điện Khi c t máy c t, hồ quang giữa các tiếp đi m sẽ t t lúc dòng điện qua không, hay là lúc điện áp nguồn đạt trị số c c đại do mạch mang tính điện dung, dòng điện vượt trước điện áp một góc 90o Khi đó, tụ điện được nạp tới mức điện áp Uf Điện áp trên đường dây giữ không đổi, còn điện áp nguồn vẫn biến đổi theo h nh sin Qua nửa chu kỳ, điện áp

nguồn sẽ có giá trị bằng Uf, do đó điện áp đặt giữa các tiếp đi m máy c t sẽ là 2Uf Mặc dù đã tách ra nhưng do điện áp đặt lên hai đầu tiếp đi m máy c t có giá trị là 2Uf nên có th khe hở bị chọc thủng và hồ quang cháy lại

Hình 1.5: Quá trình cắt hệ thống thuần dung

Đ giảm giá trị dòng xung kích và điện áp quá độ thao tác th người ta m c thêm cuộn kháng hoặc điện trở với máy c t bộ tụ Sơ đồ hệ thống điện có máy c t

bộ tụ bù ngang đóng c t thông qua cuộn kháng có th được biến đổi thành sơ đồ mạch điện sau

Hình 1.6: Sơ đồ biến đổi tương đương của hệ thống điện có máy cắt bộ tụ bù

ngang đóng cắt thông qua cuộn kháng

Trong trường hợp này, dòng điện đỉnh ipeak và tần số f của dòng điện xung kích qua máy c t bộ tụ khi đóng được tính theo công thức sau:

LS là điện cảm của nguồn

L là điện cảm của cuộn kháng được nối thêm với máy c t bộ tụ

C là điện dung tụ bù ngang

d Khái niệm chung về TRV

Điện áp phục hồi (RV - Recovery Voltage) hay còn gọi là điện áp hồ quang trong máy c t là điện áp xuất hiện giữa hai đầu c c của máy c t khi c t s cố Điện

áp này được xét trong hai khoảng thời gian liên tục: Khoảng thời gian ban đầu tồn

tại điện áp quá độ (dao động cao tần) hay gọi điện áp quá độ phục hồi (TRV)

khoảng thời gian kế tiếp tồn tại điện áp xác lập ở tần số công nghiệp Trong quá

tr nh mở tiếp đi m máy c t, hồ quang xuất hiện và dòng điện qua máy c t giảm dần

về giá trị không S phản ứng của hệ thống đến dòng c t là nguyên nhân sinh ra TRV (TRV - Transient Recovery Voltage) Nói cách khác trong hệ thống, điện áp phản ứng từ phía nguồn đến tải qua máy c t gọi là TRV, đây là thông số quyết định giới hạn c t của máy c t Thao tác c t sẽ thành công nếu máy c t có khả năng chịu

đ ng được TRV và điện áp phục hồi ở tần số công nghiệp

Có nhiều nguyên nhân dẫn đến mức TRV cao xuất hiện trên máy c t như:

C t ng n mạch, c t đường dây không tải và đóng mở ngược pha

e Các yếu tố ảnh hưởng tới TRV

Giá trị TRV không những phụ thuộc vào chế độ phụ tải mà còn phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố ngẫu nhiên khác Các yếu tố ngẫu nhiên này bao gồm:

+ Các chế độ c t MC: như c t s cố, c t không tải, đóng mở ngược pha 1800+ Các dạng s cố ng n mạch: một pha, 2 pha - đất, 2 pha, 3 pha

thu được từ việc tính toán

Chính v các đặc tính quan trọng của mô h nh hồ quang nên lịch sử của mô

h nh hồ quang vô cùng phong phú Từ thời đi m mà A.M Cassie và O Mayr

nghiên cứu ra phương tr nh vi phân đ mô tả hoạt động hồ quang động th rất nhiều

mô h nh hồ quang cũng được đưa ra cùng với các ứng dụng của chúng Một bản tóm t t về các mô h nh hồ quang và các ứng dụng được xuất bản vào tháng 8/1993

là “Applications of Black Box Modeling to Circuit Breakers”

+ Mô hình hồ quang của A.M Cassie và O Mayr

Trong quá tr nh c t điện dẫn của hồ quang máy c t sẽ thay đổi từ đó sinh ra

điện áp hồ quang i = u.g (2)

Từ (1) và (2) ta có:

2

11

+ Mô hình Cassie và Mayr cải tiến

Các tính toán điện dẫn hồ quang g yêu cầu dữ liệu từ công suất làm mát P và hằng số thời gian τ Các nghiên cứu chỉ ra P và τ có thay đổi theo g theo hàm số mũ,

ta có mô h nh Cassie và Mayr cải tiến:

1.1.3 Tụ bù trung thế:

Dùng đ giảm tổn thất công suất và tổn thất điện năng, ổn định điện áp Tụ

bù được đặt tập trung ở thanh cái của trạm biến áp trung gian Việc đặt tập trung có

ưu đi m là dễ vận hành, thuận tiện trong t động hóa điều khi n, tận dụng hết khả năng của thiết bị bù nhưng có nhược đi m là không bù được công suất phản kháng

ở mạng điện áp thấp và do đó không giảm được tổn thất công suất và tổn thất điện

áp trong mạng điện áp thấp

Bộ tụ bù bao gồm các tụ bù nhỏ được ghép lại và đấu thành h nh sao (Y) hoặc tam giác () cho 3 pha đ phù hợp với điện áp tại thanh cái và khả năng chịu

đ ng của các tụ bù có sẵn

1.2 Hệ thống Rơ-le bảo vệ

Hình 1.8: Sơ đồ mạch nhị thứ tại trạm Lê Minh Xuân

1.2.1 Nhiệm vụ của bảo vệ rơ-le:

Khi thiết kế và vận hành bất kỳ một hệ thống điện nào cần phải k đến khả năng phát sinh hư hỏng và các t nh trạng làm việc không b nh thường trong hệ thống điện ấy Ng n mạch là loại s cố có th xảy ra và nguy hi m nhất trong hệ thống điện Hậu quả của ng n mạch là:

- Sụt điện áp ở một phần lớn của hệ thống điện

- Phá hủy các phần tử bị s cố bằng tia lửa điện

- Phá hủy các phần tử có dòng ng n mạch chạy qua do tác động nhiệt và cơ

- Phá hủy ổn định của hệ thống điện

Ngoài các loại hư hỏng, trong hệ thống điện còn có các t nh trạng việc không

b nh thường Một trong những t nh trạng việc không b nh thường là quá tải Dòng điện quá tải làm tăng nhiệt độ các phần dẫn điện quá giới hạn cho phép làm cách điện của chúng bị già cỗi hoặc đôi khi bị phá hủy

Đ ngăn ngừa s phát sinh s cố và s phát tri n của chúng có th th c hiện các biện pháp đ c t nhanh phần tử bị hư hỏng ra khỏi mạng điện, đ loại trừ những

t nh trạng làm việc không b nh thường có khả năng gây nguy hi m cho thiết bị và

hộ dùng điện

Đ đảm bảo s làm việc liên tục của các phần không hư hỏng trong hệ thống điện cần có những thiết bị ghi nhận s phát sinh của hư hỏng với thời gian bé nhất, phát hiện ra phần tử bị hư hỏng và c t phần tử bị hư hỏng ra khỏi hệ thống điện Thiết bị này được th c hiện nhờ những khí cụ t động có tên gọi là rơle Thiết bị bảo vệ được th c hiện nhờ những rơle được gọi là thiết bị bảo vệ rơle (BVRL)

Như vậy nhiệm vụ chính của thiết bị BVRL là t động c t phần tử hư hỏng

ra khỏi hệ thống điện Ngoài ra thiết bị BVRL còn ghi nhận và phát hiện những t nh trạng làm việc không b nh thường của các phần tử trong hệ thống điện, tùy mức độ

mà BVRL có th tác động đi báo tín hiệu hoặc đi c t máy c t Những thiết bị BVRL phản ứng với t nh trạng làm việc không b nh thường thường th c hiện tác động sau một thời gian duy tr nhất định (không cần phải có tính tác động nhanh như ở các thiết bị BVRL chống hư hỏng)

1.2.2 Ký hiệu một số chức năng bảo vệ rơ-le thường được sử dụng trong trạm biến áp:

50 : Rơ le bảo vệ quá dòng chạm pha c t nhanh

51: : Rơ le bảo vệ quá dòng chạm pha c t có thời gian

50N : Rơ le bảo vệ quá dòng chạm đất c t nhanh

51N : Rơ le bảo vệ quá dòng chạm đất c t có thời gian

67 : Rơ le bảo vệ quá dòng chạm pha có hướng

67N : Rơ le bảo vệ quá dòng chạm đất có hướng

44S : Rơ le bảo vệ khoảng cách có hướng bảo vệ chạm pha

44G : Rơ le bảo vệ khoảng cách có hướng bảo vệ chạm đất

21 : Rơ le bảo vệ khoảng cách có hướng bảo vệ chạm pha và đất

64 : Rơ le bảo vệ chạm đất (3Uo hoặc 3Io)

27 : Rơ le bảo vệ điện áp thấp

59 : Rơ le bảo vệ điện áp cao

79 : Rơ le t động đóng lại

96 : Rơ le hơi bảo vệ Máy Biến Áp

87 : Rơ le bảo vệ so lệch

51P : Rơ le bảo vệ quá dòng chạm pha MBT phía sơ cấp

51VP : Rơ le bảo vệ quá dòng chạm pha MBT phía sơ cấp có khóa điện áp 51QTP : Rơ le bảo vệ quá tải MBT phía sơ cấp

51NP : Rơ le bảo vệ quá dòng chạm đất MBT phía sơ cấp

51GNP : Rơ le bảo vệ quá dòng chạm đất MBT tại trung tính cuộn sơ cấp

51S : Rơ le bảo vệ quá dòng chạm pha MBT cuộn thứ 2

51VS : Rơ le bảo vệ quá dòng chạm pha MBT cuộn thứ 2 có khóa điện áp 51QTS : Rơ le bảo vệ quá tải MBT cuộn thứ 2

51NS : Rơ le bảo vệ quá dòng chạm đất MBT cuộn thứ 2

51GNS : Rơ le bảo vệ quá dòng chạm đất MBT tại trung tính cuộn thứ 2

51T : Rơ le bảo vệ quá dòng chạm pha MBT cuộn thứ 3

51VT : Rơ le bảo vệ quá dòng chạm pha MBT cuộn thứ 3 có khóa điện áp 51QTT : Rơ le bảo vệ quá tải MBT cuộn thứ 3

51NT : Rơ le bảo vệ quá dòng chạm đất MBT cuộn thứ 3

51GNT : Rơ le bảo vệ quá dòng chạm đất MBT tại trung tính cuộn thứ 3

51B : Rơ le bảo vệ quá dòng chạm pha trên thanh cái

51NB : Rơ le bảo vệ quá dòng chạm đất trên thanh cái

87B : Rơ le bảo vệ so lệch thanh cái

50BF : Rơ le bảo vệ chống máy c t từ chối tác động

1.2.3 Các chức năng bảo vệ rơ-le được sử dụng cho các thiết bị tại trạm:

- Bảo vệ đường dây:

+ Đối với đường dây từ 220KV gồm có các bảo vệ chính : 87L, 21, bảo vệ

- Bảo vệ thanh cái:

+ Bảo vệ thanh cái gồm bảo vệ chính: 87Bus, bảo vệ d phòng: 50/51,

Ngoài các rơ le trên còn có các rơ le mức độ dầu thấp, rơ le nhiệt độ dầu , rơ

le nhiệt độ cuộn dây, rơ le áp l c (rơ le này đo tốc độ thay đổi áp l c trong dầu)

+ Bảo vệ dự phòng:

D phòng cho các bảo vệ chính của máy biến áp là các bảo vệ quá dòng điện chạm pha, bảo vệ quá dòng điện chạm đất phía cao (51P, 51NP) và hạ (51S, 51NS) của máy biến áp, rơ le quá dòng thứ t không lấy tín hiệu từ biến dòng điện

ở trung tính phía cao máy biến áp (51 GNP ) hay ở trung tính phía hạ máy biến áp (51GNS)

Tóm lại: Các rơ le bảo vệ (về phần điện) trên lưới điện gồm có:

s cố và xảy ra s cố

CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU CHƯƠNG TRÌNH ATP/ EMTP

2.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ATP/EMTP:

Chương tr nh quá độ điện từ (EMTP – Electromagnetic Transients Programme)

là một chương tr nh máy tính dùng cho việc mô phỏng các quá tr nh quá độ điện từ, điện cơ và hệ thống điều khi n trong hệ thống điện nhiều pha Chương tr nh EMTP được phát tri n vào những năm cuối của thập kỷ 60 thế kỷ XX bởi tiến sĩ Hermann Dommel, ông đã mang chương tr nh này đến Bonneville Power Administration (BPA)

Vào năm 1973 khi giáo sư Dommel rời khỏi BPA đ chuy n đến đại học British Columbia (UBC), hai phiên bản của chương tr nh đã được định h nh: Phiên bản tương đối nhỏ UBC được sử dụng chủ yếu đ phát tri n các mô h nh; và phiên bản BPA, mở rộng nhằm hướng tới các yêu cầu của các kỹ sư điện Phiên bản BPA của chương tr nh EMTP được phát tri n nhờ những nỗ l c cộng tác của tiến sỹ Scott Meyer và tiến sỹ Tsu-huei Liu của BPA, cũng như s đóng góp của hàng loạt các Công ty Điện l c và các Trường đại học B c Mỹ Nhằm hợp lý hóa s phát tri n của chương tr nh và thu hút s tài trợ từ các Công ty Điện l c, nhóm phối hợp phát tri n chương tr nh EMTP (DCG) đã được thành lập vào năm 1982 và được thương mại hóa đầu tiên vào năm 1984 Những thành viên ban đầu của DCG bao gồm BPA, Văn phòng khiếu nại Mỹ, Hiệp hội Điện l c miền Tây (WAPA), Hiệp hội Điện l c Canada (CEA), Ontario Hydro, và Hydro Quebec

S khởi đầu của DCG đã dẫn đến một loạt những thay đổi trong cộng đồng EMTP Vào năm 1986, tiến sỹ Scott Meyer rời khỏi DCG, ông đã tích c c chủ trương phát tri n một phiên bản độc lập của EMTP gọi là ATP (Alternative Transients Programme) ATP/EMTP là phần mềm mã nguồn mở (open source) và được cung cấp hoàn toàn miễn phí

ATP được đánh giá là một trong những hệ thống chương tr nh được quốc tế sử dụng rộng rãi nhất đ mô phỏng các hiện tượng quá độ điện từ, cũng như điện cơ trong hệ thống điện Chương tr nh ATP tính toán những giá trị cần quan tâm trong

hệ thống điện theo các hàm thời gian, đặc biệt là nhiễu Về cơ bản, qui t c h nh thang của phép tích phân được sử dụng đ giải quyết các phương tr nh vi phân của

những thành phần hệ thống trong miền thời gian ATP có nhiều mô h nh như: máy điện quay, máy biến áp, sóng sét, các loại dây và cáp truyền

- TACS (Transient Analysis of Control Systems) và MODELS (a simulation lanluage) có khả năng mô phỏng hóa hệ thống điều khi n và các thành phần bằng đặc tính phi tuyến

- Mô phỏng hiện tượng hỏng hóc, xung sét và các dạng đóng c t k cả chuy n mạch của các van

- Tính toán đáp ứng của tần số đối với hệ thống bằng cách sử dụng đặc tính quét tần số FREQUENCY SCAN

- Phân tích harmonic (hài) trong miền tần số bằng cách sử dụng HARMONIC FREQUENCY SCAN (harmonic current injection method)

- Các hệ thống động học cũng có th được mô phỏng bằng cách sử dụng hệ thống điều khi n TACS và MODELS

2.1.2 Khả năng của chương trình:

- Không có giới hạn tuyệt đối của chương tr nh

- Cho đến nay, hệ thống lớn nhất mà chương tr nh đã th c hiện mô phỏng là:

Bảng 2.1: Khả năng mô phỏng của ATP

Số lượng phần tử phi tuyến 2250

2.1.3 Mô hình hợp nhất các Module mô phỏng trong ATP

+ Module PCPlot: là module đ in kết quả và vẽ đồ thị ở chế độ quá độ của các thông số (điện áp nút, điện áp nhánh, dòng điện nhánh, momen, tốc độ…)

+ Module PlotXY: là module đ in kết quả ở chế độ xác lập của các thông số (điện áp nút, dòng điện nhánh, dòng công suất nhánh, tổn thất công suất trên nhánh, tổng công suất phát và tổng tổn thất công suất…)

+ Module GTPPlot: là module xem tín hiệu xuất ra từ ATPDraw

+ Module Programme’s File Editor (PFE): là module quản lý các file dữ liệu đầu vào và xem/in danh sách đầu ra

- Ngoài 6 module chính nói trên trong ATP còn có các module và chương

tr nh hỗ trợ khác Trong 6 module chính trên th module ATPDraw đóng vai trò nền tảng cho các module khác

Hình 2.2: Mối tương quan giữa ATPDraw và các module khác

2.1.4 Một số ứng dụng quan trọng của ATP/EMTP:

Các bài toán sau đây thường được giải quyết nhờ chương tr nh ATP/EMTP:

- Quá điện áp do sét đánh

- Quá độ do đóng c t và s cố

- Quá điện áp đồng bộ và tĩnh

- Quá độ thay đổi nhanh trong GIS và nối đất

- Xây d ng mô h nh máy điện

- Ổn định quá độ và khởi động động cơ

- Các dao động xo n trục

- Đóng/ c t máy biến áp và kháng điện/ tụ điện

- Cộng hưởng s t từ

- Những ứng dụng của thiết bị điện tử công suất

- Chế độ máy c t (hồ quan điện), s thay đổi nhanh của dòng điện

- Thiết bị FACS: xây d ng mô h nh STARTCOM, SVC, UPFC, TCSC

- Phân tích hài, cộng hưởng lưới

- Thử nghiệm thiết bị bảo vệ

2.2 ATPDraw

2.2.1 Giới thiệu sơ lược về ATPDraw:

- ATPDraw là chương tr nh đồ họa, đồng thời là phiên bản ATP của EMTP trên nền Windows Chương tr nh được viết bằng ngôn ngữ Borland Delphi 2.0 và hoạt động trong môi trường Windows 9x/NT/2000/XP Trong ATPDraw, người dùng xây d ng mạch điện bằng chuột và l a chọn các thành phần có sẵn trong thư viện, sau đó ATPDraw sẽ tạo ra file vào ATP tương ứng - t động đúng trong khuôn dạng ATPDraw t quản lý các nút trong mạch điện, người dùng có th đặt tên cho các nút quan trọng Chương tr nh mô phỏng trong ATP và chương tr nh đồ thị đều tương thích với ATPDraw

- ATPDraw cung cấp các ki u mạch mẫu, các mạch mẫu này có th làm việc đồng thời trên nhiều mạch và sao chép thông tin giữa các mạch Toàn bộ mạch đều thao tác rất dễ dàng như: sao/dán (copy/paste), xoay (rotate), xuất/nhập (import/export), nhóm/không nhóm (group/ungroup), trở về/tiến lên (undo/redo), in (print) Hơn nữa, ATPDraw cung cấp cho Windows thư viện hồ sơ và tập tin xuất Mạch vẽ được lưu trữ thành các tập tin riêng biệt, bao gồm đầy đủ các thiết bị mô phỏng và l a chọn Các tập tin được nén lại và có th chia sẽ dễ dàng với một vài chương tr nh khác

- Hầu hết những thiết bị tiêu chuẩn trong ATP (cả 1 pha lẫn 3 pha) đều được cung cấp trong TACS, đồng thời người dùng có th tạo ra thiết bị mới trong MODELS hoặc $Include (Data Base Module) Mô h nh đường dây/cáp (KCLee, PI-equivalent, Semlyen, JMarti and Noda) cũng được cung cấp trong ATPDraw với đầy đủ các chức năng điều chỉnh h nh họa, dữ liệu và có th ki m tra, th c hiện