Nghiên cứu quá điện áp quá độ tác động lên cách điện trạm biếp áp 220 KV thái nguyên

Yêu cầu quan trọng của cách điện dùng trong hệ thống điện các điện của thiết bị điện lực, cách điện của đường dây tải điện, cách điện của trạm biến áp phải chịu được điện áp làm việc lâ

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

KHOA CHUYÊN MÔN TRƯỞNG KHOA

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS NGUYỄN ĐỨC TƯỜNG PHÒNG ĐÀO TẠO

Thái Nguyên - 2019

LỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là: Ngô Bá Trình

Sinh ngày 01 tháng 04 năm 1986

Học viên lớp cao học khóa 20 – Kỹ thuật điện – Trường đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên – Đại học Thái Nguyên

Hiện đang công tác tại: Trường Đại học Công nghệ Giao thông Vận tải

Sau hai năm học tập và nghiên cứu, được sự chỉ dậy giúp đỡ tận tình của các thầy cô giáo và đặc biệt là thầy giáo hướng trực tiếp dẫn thực hiện luận văn tốt nghiệp

TS Nguyễn Đức Tường Tôi đã hoàn thành chương trình học tập và đề tài luận văn

tốt nghiệp: “Nghiên cứu quá điện áp quá độ tác động lên cách điện Trạm biến áp

220 KV Thái Nguyên”

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Ngoài các tài liệu tham khảo đã được trích dẫn, các số liệu và kết quả mô phỏng, thực nghiệm được

thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS Nguyễn Đức Tường là trung thực

Thái Nguyên, ngày 10 tháng 10 năm 2019

Học viên

Ngô Bá Trình

LỜI CẢM ƠN

Sau một khoảng thời gian nghiên cứu và làm việc, được sự động viên

giúp đỡ và hướng dẫn rất tận tình của thầy giáo TS Nguyễn Đức Tường luận

văn với đề tài: “Nghiên cứu quá điện áp quá độ tác động lên cách điện Trạm

biến áp 220 KV Thái Nguyên” đã hoàn thành

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến:

Thầy giáo hướng dẫn: TS Nguyễn Đức Tường đã tận tình chỉ dẫn,

giúp đỡ tác giả hoàn thành được bản luận văn này

Khoa đào tạo Sau đại học, các thầy cô giáo Khoa Điện – Trường đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên – Đại học Thái Nguyên đã giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập cũng như quá trình nghiên cứu khoa học thực hiện luận văn

Toàn thể các học viên lớp Cao học Kỹ Thuật Điện khóa 20, đồng nghiệp, bạn bè, gia đình đã quan tâm, động viên và giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập và hoàn thành bản luận văn

Mặc dù đã rất cố gắng, tuy nhiên do trình độ và kinh nghiệm còn nhiều hạn chế nên có thể luận văn vẫn còn gặp phải một vài thiếu sót Tác giả rất mong rằng sẽ nhận được những đóng góp ý kiến từ các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn

Xin chân thành cảm ơn!

Thái Nguyên, ngày 10 tháng 10 năm 2019

Học viên

Ngô Bá Trình

MỤC LỤC

ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT viii

CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ QUÁ ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 6

I GIỚI THIỆU CHUNG 6

II NGUYÊN NHÂN PHÁT SINH QUÁ ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN7 II.1 Quá điện áp tạm thời 7

II.2 Quá điện áp quá độ 9

III QUÁ ĐIỆN ÁP DO ĐÓNG ĐƯỜNG DÂY KHÔNG TẢI - HIỆU ỨNG FERRANTI 10

IV QUÁ ĐIỆN ÁP SÉT 12

IV.1 Tham số của phóng điện sét 13

IV.2 Phân bố đỉnh và độ dốc đầu sóng dòng điện sét 17

IV.3 Quá điện áp khí quyển trên đường dây tải điện 18

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 21

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ TRẠM BIẾN ÁP 220 KV THÁI NGUYÊN VÀ ĐƯỜNG DÂY 220 KV THÁI NGUYÊN-SÓC SƠN 22

I TỔNG QUAN VỀ TRẠM BIẾN ÁP 220 KV THÁI NGUYÊN 22

I.1 Vai trò của trạm biến áp 220 kV Thái Nguyên 22

I.2 Thông số máy biến áp 25

I.3 Thông số kháng điện 26

I.4 Thông số tụ điện 27

I.5 Thông số chống sét van 28

II TỔNG QUAN VỀ ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN SÓC SƠN-THÁI NGUYÊN 29

KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 30

CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG ĐƯỜNG DÂY 220 KV THÁI NGUYÊN-SÓC SƠN 31

VÀ TRẠM BIẾN ÁP 220 KV THÁI NGUYÊN 31

I GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM ATP-EMTP VÀ MÔ ĐUN

ATPDRAW 31

I.1 Ch-¬ng tr×nh ATP-EMTP 31

II MÔ PHỎNG ĐƯỜNG DÂY 220 KV THÁI NGUYÊN SÓC SƠN 38

II.1 Giới thiệu 38

II.2 Mô hình đường dây nghiên cứu quá điện áp đóng cắt 38

II.3 Mô hình trạm biến áp 220 kV Thái Nguyên 43

II.4 Cài đặt thông số chương trình ATPDraw 48

KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 51

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG QUÁ ĐIỆN ÁP KHÍ QUYỂN VÀ QUÁ ĐIỆN ÁP ĐÓNG CẮT 52

I KẾT QUẢ MÔ PHỎNG QUÁ ĐIỆN ÁP KHÍ QUYỂN 52

I.1 Ảnh hưởng của dòng điện sét tới quá điện áp 52

I.2 Quá điện áp trên các pha tại đầu cực máy biến áp 53

I.3 Quá điện áp trên đầu cực thiết bị điện trong trạm 56

I.4 Sự biến thiên của quá điện áp theo vị trí sét đánh 57

I.5 Ảnh hưởng của máy biến áp đo lường kiểu tụ 58

II KẾT QUẢ MÔ PHỎNG QUÁ ĐIỆN ÁP ĐÓNG CẮT 59

II.1 Biến thiên của quá điện áp 60

II.2 Phân bố điện áp theo phương pháp thống kê 60

II.3 Phân bố của quá điện áp 2% dọc theo chiều dài đường dây 62

KẾT LUẬN CHƯƠNG 4 64

TÀI LIỆU THAM KHẢO 88

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1 1: a) Sơ đồ nguyên lý đóng đường dây dài không tải vào nguồn

điện áp xoay chiều;

b) Sơ đồ thay thế hình  của đường dây L

10

Hình 1 2: a) Sơ đồ vi phân chiều dài đường dây tải điện trên không (dx)

b) Sơ đồ thay thế tương đương hình  của vi phân dx c

10

Hình 1 5: Sét đánh vào đỉnh cột hoặc dây chống sét 19

Hình 3 1: Mô hình đường dây 220 kV Thái Nguyên-Sóc Sơn 38

Hình 3 4: Thông số đường dây 220 kV Thái Nguyên-Sóc Sơn 42 Hình 3 5: a Mô hình máy cắt; b Dữ liệu máy cắt 42 Hình 3 6: Mô hình trạm biến áp 220 kV Thái Nguyên 44

Hình 3 10: Mô hình dây dẫn pha trong trạm biến áp 48

Hình 4 1: Điện áp đầu cực máy biến áp khi sét đánh vào đỉnh cột thứ 2

Hình 4 2: a Biến thiên của điện áp trên đầu cực AT1 khi dòng điện sét

bằng 31 kA

b Cấu trúc cột điện của đường dây 220 kV Thái Nguyên-Sóc Sơn

54

Hình 4 3: a Biến thiên của quá điện áp trên đầu cực AT1 với I=50 kA;

b Đỉnh điện áp trên 3 pha

55

Hình 4 4: a Biến thiên của quá điện áp trên đầu cực AT1 với I=100 kA;

b Biến thiên của quá điện áp trên đầu cực AT1 với I=150 kA

Hình 4 6: Ảnh hưởng của vị trí sét đánh tới tham số của quá điện áp trên AT1

a Điện áp trên AT1 khi sét đánh tại đỉnh cột từ 1-5;

b Biến thiên của điện áp đỉnh và thời gian đỉnh trên AT1 theo vị trí sét đánh

58

Hình 4 7: Ảnh hưởng của máy biến áp kiểu tụ tới quá điện áp sét 59 Hình 4 8: Điện áp 3 pha tại cuối đường dây tải điện 60 Hình 4 9: a Phương pháp phối hợp cách điện tiêu chuẩn

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1 1: Tham số của phòng điện sét theo dữ liệu của Berger 15

Bảng 4 2: Phân bố điện áp trên đường dây và thanh góp trạm biến áp 63

NGHIÊN CỨU QUÁ ĐIỆN ÁP QUÁ ĐỘ TÁC ĐỘNG LÊN CÁCH ĐIỆN

TRẠM BIẾN ÁP 220 KV THÁI NGUYÊN

Người hướng dẫn: TS Nguyễn Đức Tường

1 Tổng quan vấn đề nghiên cứu và sự cần thiết tiến hành nghiên cứu

Ngày nay, các quốc gia trên thế ngày càng sử dụng rộng rãi các hệ thống điện cao áp, siêu cao áp và cực cao áp Chi phí thiết kế cho các hệ thống điện này rất lớn

do chi phí cho phần cách điện tỉ lệ thuận với cấp điện áp[1, 2] Điều này đòi hỏi việc tính toán, lựa chọn và phối hợp cách điện phải phù hợp với cấp điện áp vận hành của

hệ thống điện; vừa phải đảm bảo được hệ thống điện vận hành an toàn, tin cậy vừa phải có mức chi phí cho cách điện ở mức hợp lý[3]

Yêu cầu quan trọng của cách điện dùng trong hệ thống điện (các điện của thiết

bị điện lực, cách điện của đường dây tải điện, cách điện của trạm biến áp) phải chịu được điện áp làm việc lâu dài (tần số công nghiệp), quá điện áp đóng cắt (switching overvoltages) lớn nhất, đồng thời cũng phải chịu được đa số các quá điện áp sét (lightning overvoltages) mà không gây ra bất kỳ sự cố nguy hiểm nào[4, 5, 6] Do đó, việc phân tích, tính toán các loại quá điện áp xuất hiện trong hệ thống điện có cấp điện áp và cấu trúc cụ thể một cách chính xác là rất quan trọng trong việc thiết kế, phối hợp cách điện cũng như đánh giá khả năng vận hành của cách điện trong một hệ thống điện có sẵn Ngoài ra, việc tính toán phân tích các loại quá điện áp quá độ trong

hệ thống còn là cơ sở cho việc thiết kế các hệ thống bảo vệ chống sét, hệ thống bảo

vệ và hạn chế quá điện áp nhằm giảm được chi phí thiết kế, chi phí vận hành cũng như đảm bảo cho hệ thống điện làm việc ổn định và tin cậy[7, 8]

Xuất phát từ các yêu cầu trên, trong nội dung nghiên cứu này tác giả đề xuất đề tài “Nghiên cứu quá điện áp quá độ tác dụng lên cách điện Trạm biến áp 220 kV Thái Nguyên”, nhằm áp dụng các công cụ và phương pháp nghiên cứu hiện đại để phân tích và xác định các loại quá điện áp có khả năng xuất hiện trong trạm biến áp do các nguyên nhân khác nhau Nội dung nghiên cứu của đề tài là cơ sở khoa học để lựa chọn, phối hợp cách điện cũng như đánh giá các tác động của các loại quá điện áp trong vận hành trạm biến áp 220 kV nói chung và trạm biến áp 220 kV Thái Nguyên nói riêng

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

2.1 Mục tiêu tổng quát

Nghiên cứu tổng quan về các loại quá điện áp tác dụng lên cách điện của hệ thống điện 220 kV Từ đó, phân tích và tính toán quá điện áp khí quyển và quá điện đóng cắt tác động lên cách điện trạm biến áp 220 kV Thái Nguyên trong quá trình vận hành

3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

3.1 Ý nghĩa khoa học

Nghiên cứu một cách đầy đủ về những nguyên nhân, quy luật và độ lớn của quá điện áp khí quyển và quá điện áp đóng cắt trong hệ thống điện tiêu biểu Kết quả nghiên cứu làm cơ sở cho việc nghiên cứu, đánh giá, lựa chọn và phối hợp cách điện trong hệ thống điện 220 kV nói riêng và mở rộng nghiên cứu cho các hệ thống điện ở các cấp điện áp khác Ngoài ra, kết quả nghiên cứu còn làm cơ sở cho việc phân tích và thiết kế hệ thống bảo vệ chống sét và các phương án bảo vệ quá điện áp

kV Thái Nguyên-Sóc Sơn lan truyền vào trong trạm biến áp

- Nghiên cứu hành vi của quá điện áp đóng cắt xuất hiện khi thao tác đóng cắt đường dây 220 kV Thái Nguyên-Sóc Sơn và xác định được độ lớn của quá điện áp lớn nhất lan truyền vào trạm biến áp 220 kV Thái Nguyên

- Là cơ sở khoa học cho việc thiết kế cách điện và phối hợp cách điện trong trạm biến áp 220 kV hợp lý nhằm đảm bảo các yêu cầu về kỹ thuật cũng như giảm được chi phí thiết kế

- Là cơ sở khoa học để thiết kế, vận hành và đưa ra các giải pháp bảo vệ quá điện áp trên đường dây tải điện, trạm biến áp và đánh giá khả năng chịu đựng quá điện áp của cách điện trong vận hành, từ đó đề ra quy trình, kế hoạch vận hành đường dây và trạm biến áp nhằm đảm bảo an toàn cho các thiết bị điện cũng như đảm bảo vận hành hệ thống ổn định và tin cậy

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu quá trình quá độ điện từ trường do sét đánh và do các thao tác đóng cắt (sự cố hoặc theo kế hoạch) đường dây tải điện trên không 220 kV Thái Nguyên- Sóc Sơn gây lên quá điện áp trong Trạm biến áp 220KV Thái Nguyên

Trong phạm vi của đề tài, tác giả nghiên cứu tổng quan về các nguyên nhân xuất hiện quá điện áp; nghiên cứu những ảnh hưởng của quá điện áp tới trang thiết bị điện cũng như vận hành hệ thống điện; nghiên cứu việc ứng dụng các kết quả phân tích, tính toán độ lớn của quá điện áp trong việc phối hợp cách điện trong trạm biến áp Việc phân tích, tính toán độ lớn và quá trình biến thiên của quá điện áp được thực hiện bằng phần mềm chuyên dụng để mô phỏng và tính toán trên đối tượng thực là đường dây tải điện và trạm biến áp 220 kV

5 Nội dung nghiên cứu

Nội dung nghiên cứu bao gồm nội dung nghiên cứu về lý thuyết và tính toán, phân tích trên đối tượng thực bằng phân mềm ATP-EMTP

- Nghiên cứu lý thuyết: Phân tích đánh giá và hệ thống hóa các công trình

nghiên cứu được công bố thuộc lĩnh vực liên quan: bài báo, sách tham khảo, tài liệu hướng dẫn, các bộ tiêu chuẩn IEC, IEEE và bộ tiêu chuẩn Việt Nam thuộc phạm vi nghiên cứu

- Nghiên cứu thực tiễn: Nghiên cứu thực tế tại trạm biến áp 220 kV Thái

Nguyên và đường dây 220 kV Thái Nguyên-Sóc Sơn

- Nội dung chính của đề tài dự kiến có các nội dung chính như sau:

Chương 1: Nghiên cứu tổng quan về quá điện áp trong Hệ thống điện

Chương 2: Giới thiệu tổng quan về trạm biến áp 220 kV Thái Nguyên và đường dây 220 kV Thái Nguyên-Sóc Sơn

Chương 3: Mô phỏng trạm biến áp 220 kV Thái Nguyên và đường dây 220 kV Thái Nguyên-Sóc Sơn bằng phần mềm ATPDraw

Chương 4: Kết quả mô phỏng quá điện áp khí quyển và quá điện áp đóng cắt trong trạm biến áp 220 kV Thái Nguyên

6 Phương pháp nghiên cứu

Ứng dụng phần mềm ATP-EMTP để phân tính, tính toán đối tượng thực tế

7 Kế hoạch thực hiện

Nội dung đề tài được thực hiện theo kế hoạc như sau:

8/2018 - Thu thập tài liệu liên quan đến nội dung đề tài nghiên

cứu

- Viết Đề cương luận văn và bảo vệ Đề cương

9/2018 - Tìm hiểu thực tế tại trạm biến áp 220kV Thái Nguyên,

thu thập dữ liệu cần thiết về trạm biến áp 220 kV Thái Nguyên và đường dây 220 kV Thái Nguyên-Sóc Sơn

- Phân tích dữ liệu thu thập được

- Mô phỏng, phân tích và đánh giá kết quả nghiên cứu

- Viết thuyết minh luận văn 3/2019 - Hoàn thành thuyết minh luận văn và bảo vệ luận văn

CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ QUÁ ĐIỆN ÁP

TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

I GIỚI THIỆU CHUNG

Quá điện áp (overvoltage) là điện áp giữa dây dẫn pha và đất (pha-đất), giữa

dây dẫn pha với pha (pha-pha) hay dọc theo chiều dài của cách điện, có giá trị đỉnh lớn hơn biên độ của điện áp pha lớn nhất của hệ thống hay thiết bị điện Quá điện áp trong hệ thống điện được phát sinh do các nguyên nhân nội tại như các thao tác đóng cắt, sự cố, sa thải phụ tải hay do cộng hưởng được gọi chung là quá điện áp nội bộ; quá điện áp phát sinh do các tác động từ bên ngoài như sét đánh được gọi là quá điện

áp khí quyển hay quá điện áp sét

Độ lớn của quá điện áp thường lớn hơn điện áp làm việc lớn nhất cho phép của mạng lưới điện hay thiết bị điện, do vậy cần phải có các biện pháp hạn chế quá điện

áp và bảo vệ chống lại các nguy cơ làm hư hỏng thiết bị điện hoặc rối loạn sự làm việc bình thường của hệ thống điện

Các quá điện áp nội bộ thông thường khó nhận biết và phát hiện Trong các nhật

ký vận hành khi ghi về các nguyên nhân sự cố thì quá điện áp nội bộ không được nhắc tới trong các nguyên nhân liệt kê Nhiều nước trên thế giới như Nga, Mỹ, Pháp việc đo các quá điện áp nói chung và quá điện áp nội bộ nói riêng được thực hiện bằng các thiết bị có tên là "Thiết bị tự động đo ghi và phân tích xung quá điện áp“ Các thiết bị này được đặt trên thanh cái các trạm biến áp nhờ đó mà người ta có thể xác định được các dao động điện áp, mức độ quá điện áp Từ đó có những phương thức vận hành và bảo vệ phù hợp để đảm bảo độ tin cậy cũng như an toàn cho việc truyền tải và cung cấp điện

Nước ta các công trình và đề tài nghiên cứu sâu về quá điện áp còn hạn chế Cho đến nay chưa đầu tư các loại thiết bị để đo ghi quá điện áp khí quyển và quá điện

áp nội bộ cũng như các phương tiện đo đạc khảo sát, theo dõi, phân loại và thống kê

để đánh giá cụ thể về tỉ lệ sự cố, mức độ thiệt hại do quá điện áp nội bộ gây ra trong

hệ thống điện

Khi thiết kế thiết bị điện, mạng lưới điện, trạm biến áp hay nhà máy điện, việc lựa chọn, phối hợp cách điện phù hợp để vận hành lâu dài là một trong các vấn đề

được quan tâm kỹ lưỡng đặc biệt là trong mạng điện truyền tải Việc lựa chọn và phối hợp cách điện phải dựa vào đặc tính của cách điện (chủng loại, cường độ cách điện), mức độ quá điện áp phát sinh của hệ thống tác động lên cách điện (quá điện áp nội

bộ, quá điện áp sét), đồng thời xem xét tới các vấn đề bảo vệ quá điện áp (chủng loại,

số lượng, vị trí lắp đặt thiết bị bảo vệ) và điều kiện môi trường Tiêu chí lựa chọn cách điện theo điện áp phải đảm bảo nguyên tắc là cường độ cách điện phải lớn hơn các loại quá điện nội bộ, đồng thời chịu được đa số quá điện áp sét (quá đ0iện áp khí quyển), còn một số ít quá điện áp sét có biên độ lớn phải sử dụng các thiết bị bảo vệ

để hạn chế Mặc dù toàn bộ cách điện đã được lựa chọn, phối hợp như trên, nhưng khi tăng số lần quá điện áp tác động lên cách điện thì cũng tăng tương ứng xác suất

sự cố trên cách điện đó Hiệu ứng tích luỹ là một trong những nguyên nhân đánh thủng cách điện Mặc dù quá điện áp nội bộ thường nhỏ hơn nhiều so với điện áp đánh thủng tần số công nghiệp nhưng nó là nguyên nhân dẫn đến sự tiến triển các khuyết tật cục bộ của cách điện Cùng với sự già hoá cách điện và tính chất tích luỹ các tác động như vậy, dần dần sẽ đánh thủng cách điện ngay cả khi quá điện áp nội

bộ nhỏ hơn nhiều so với điện áp đánh thủng

II NGUYÊN NHÂN PHÁT SINH QUÁ ĐIỆN ÁPTRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

II.1 Quá điện áp tạm thời

Quá áp tạm thời (Temporary Overvoltage_TOV) là quá điện áp ở tần số công nghiệp có thời gian tác động tương đối dài (từ 30 ms tới 3600 s).Quá điện áp tạm thời

là một thông số quan trọng để lựa chọn chống sét van (ngoại trừ quá điện áp cộng hưởng và cộng hưởng từ)

Quá điện áp tạm thời phát sinh do các nguyên nhân sau:

- Sự cố chạm đất: khi có sự cố pha-đất sẽ gây ra quá điện áp trên các pha không

sự cố (pha lành) Độ lớn của loại quá điện áp này phụ thuộc vào vị trí sự cố và phương thức nối đất điểm trung tính của hệ thống điện Trong hệ thống có trung tính trực tiếp nối đất thì độ lớn của quá điện áp bằng khoảng 1,3 p.u và thời gian quá áp (bao gồm

cả thời gian giải trừ sự cố) thường nhỏ hơn 1 giây Trong hệ thống có trung tính nối đất cộng hưởng (nối đất qua cuộn dập hồ quang) thì độ lớp của quá áp lớn hơn hoặc bằng 1,73 p.u và tồn tại trong khoảng thời gian nhỏ hơn 10 giây

- Sa thải phụ tải:khi cắt phụ tải, quá điện áp sẽ phát sinh, độ lớn của quá áp

phụ thuộc vào cấu trúc của hệ thống sau khi cắt tải và đặc tính của nguồn (ví dụ như tốc độ hay điều chỉnh điện áp của máy phát ở thời điểm cắt tải).Ngay sau khi cắt tải, điện áp trên điện cực của máy cắt (phía nối với nguồn) sẽ tăng, mức độ tăng phụ thuộc vào tải và công suất ngắn mạch của xuất tuyến Để xác định chính xác độ lớn của quá điện áp thì cần tính toán dựa trên cơ sở phân tích quá trình quá độ điện từ được thực hiện bằng máy tính hoặc ứng dụng chương trình ATP-EMTP Tuy nhiên, trong tính toán thực dụng thì có thể áp dụng như sau:

+ Các đường dây có chiều dài trung bình, nếu cắt toàn bộ tải thì điện áp pha tăng tới 1,2 p.u Thời gian quá áp phụ thuộc vào các thiết bị điều chỉnh điện áp trong mạng và có thể tới vài phút

+ Các đường dây dài, nếu cắt toàn bộ tải thì điện áp pha có thể tăng tới 1,5 p.u Thời gian quá áp tới vài giây

+ Khi sa thải phụ tải của của máy biến áp tăng áp nối với máy phát thì quá áp tạm thời tăng tới 1,4 p.u đối với các máy phát tuabin và tới 1,5 p.u đối với các máy phát thủy điện Thời gian quá áp khoảng 3 giây

- Cộng hưởng và cộng hưởng sắt từ: Trong hệ thống điện khi có sự thay đổi

đột ngột về cấu trúc (như sa thải phụ tải, cắt máy biến áp 1 pha ở cuối đường dây hay cắt máy biến điện áp kiểu tụ đặt trên thanh góp của trạm biến áp) sẽ có sự tương tác giữa thành phần điện dung (của đường dây, cáp, tụ điện) và thành phần điện cảm (của máy biến áp, cuộn kháng song song) gây ra quá điện áp cộng hưởng hoặc cộng hưởng sắt từ Độ lớn của quá điện áp này có thể lớn hơn 3,0 p.u và tồn tại tới khi nó được giải trừ

- Đóng đường dây hoặc máy biến áp: Khi đóng đường dây hoặc máy biến

không tải hoặc non tải có thể gây ra quá điện áp cộng hưởng Trường hợp đóng máy biến áp sẽ xuất hiện dòng điện từ hóa lớn và thành phần hài đáng kể do đặc tính phi tuyến của lõi thép Dòng điện tần số cao này sẽ tương tác với tần số của hệ thống gây

ra quá điện áp cộng hưởng tác dụng lên cách điện dọc

- Hòa đồng bộ:Trong khi hòa đồng bộ có thể gây ra quá điện áp tác dụng lên

cách điện dọc (tiếp điểm của thiết bị đóng cắt) Độ lớn của quá điện áp này thường bằng khoảng 2 lần điện áp pha và tồn tại trong khoảng vài giây đến vài phút

II.2 Quá điện áp quá độ

Quá điện áp quá độ (Transient Overvoltages) tồn tại trong thời gian ngắn vài

mini giây hoặc ngắn hơn, dao động hoặc không dao động và thường gây ra thiệt hại lớn Quá điện áp quá độ được chia thành các loại như sau:

- Quá điện áp đầu sóng ít dốc (Slow-Front Overvoltage_SFO): thường phát

sinh do các thao tác đóng cắt (đóng đường dây, cáp, giải trừ sự cố ngắn mạch, sa thải phụ tải, cắt dòng điện điện dung hoặc dòng điện điện cảm) Quá điện áp là loại một chiều, với thời gian đầu sóng (thời gian đỉnh) từ 20  s đến 5000  s và thời gian sóng (thời gian nửa đỉnh) tới 20 ms SFO phát sinh do các nguyên nhân như sau:

Đóng hay đóng lặp lại đường dây tải điện trên không hoặc đường dây cáp gây

ra quá điện áp trên cả 3 pha Độ lớn của loại quá điện áp này phụ thuộc chủ yếu vào tốc độ cắt và khả năng dập tắt hồ quang của của máy cắt, bội số quá áp thường khoảng

2 p.u Loại quá điện áp này thường được gọi là quá điện áp đóng cắt (Swiching Overvoltagres)

Sự cố hay giải trừ sự cố gây ra quá điện áp với bội số quá áp thường lớn hơn 2 p.u và phụ thuộc chủ yếu vào phương thức nối đất của hệ thống điện Trong trường hợp chung, bội số quá áp tính bằng (2k-1) p.u., trong đó k là hệ số nối đất

Sa thải phụ tải tạo ra điện áp cưỡng bức tác dụng lên các phía của tiếp điểm máy cắt Quá điện áp loại này thường có giá trị lớn và phải được hạn chế bằng chống sét van

Cắt dòng điện điện cung hoặc dòng điện điện cảm sẽ gây lên quá điện áp tại vị trí đặt tụ điện, điện kháng cũng như gây quá điện áp tại cuối đường dây và máy biến áp

- Quá điện áp đầu sóng dốc(Fast-Front Overvoltage_FFO): quá điện áp đầu

sóng dốc được phát sinh do sét đánh trực tiếp vào dây dẫn pha của đường dây tải điện trên không; do phóng điện ngược từ xà, cột vào dây dẫn pha hoặc đánh gần đường dây hoặc thiết bị điện FFO là loại điện áp một chiều biên độ lớn, thời gian đỉnh từ 0,1  s đến 20  s và thời gian nửa đỉnh tới 300  s

- Quá áp đầu sóng rất dốc(Very Fast-Front Overvoltage_VFFO): là loại điện

áp một chiều, thời gian đỉnh tới 0,1  s, có hoặc không có dao động ở tần số từ 30 kHz tới 100 MHz Loại quá điện áp thường phát sinh trong trạm GIS (Gas Insulated Substations) do cắt ngắn mạch hay cắt động cơ, máy biến áp hoặc do sét đánh

III QUÁ ĐIỆN ÁP DO ĐÓNG ĐƯỜNG DÂY KHÔNG TẢI - HIỆU ỨNG FERRANTI

Hiệu ứng Ferranti trong hệ thống điện là hiện tượng tăng điện áp ở cuối đường

dây tải điện có chiều dài lớn hoặc trên đường dây cáp so với điện áp tại đầu đường dây khi đóng đường dây không tải (hay non tải) vào nguồn điện hoặc khi sa thải phụ tải Hiện tượng do quá trình nạp điện của điện dung đường dây qua điện kháng của đường dây gây ra[9, 10].Hiệu ứng Ferrati được quan sát lần đầu tiên vào năm 1887

do Sebastian Ziani de Ferranti khi nghiên cứu đường dây cáp của mạng điện phân phối ở cấp điện áp 10 kV

Khi đóng đường dây truyền tải vào nguồn điện áp uS=Umsin  t như  Error! R eference source not found

- Xét vi phân chiều dài đường dây (dx) ta có sơ đồ như Error! Reference source n

ii

Hình 1 7: a) Sơ đồ vi phân chiều dài đường dây tải điện trên không (dx).

b) Sơ đồ thay thế tương đương hình  của vi phân dx c

Hình 1 6: a) Sơ đồ nguyên lý đóng đường dây dài không tải vào nguồn điện áp xoay chiều; b) Sơ đồ thay thế hình  của đường dây L

Trong đó: R0, G0, L0, C0 là điện trở, điện dẫn, điện cảm và điện dung phân bố (trên đơn vị dài)

Từ sơ đồ thay thế tương đương viết hệ phương trình vi phân mô tả mạch như sau:

(p)S

1 A(p) U( , p) I( , p).Z (p) e

2 1 B(p) U( , p) I( , p).Z (p) e

Trong đó: Z = R + j  L là tổng trở của đường dây trên đơn vị dài;

Y = G + j  C là tổng dẫn của đường dây trên đơn vị dài;

l là chiều dài của đường dây;

US, IS là điện áp và dòng điện ở đầu đường dây (đầu phát);

UR, IR là điện áp và dòng điện ở cuối đường dây (đầu nhận);

Chú ý: tại đầu đường dây x=0; U(X) = US và tại cuối đường dây U(l) = UR

Điện áp tại cuối đường dây hở mạch (IR=0) sẽ là:

S

R 0

U U

cosh( )



U U

Hiện tượng tăng điện áp này được gọi là hiệu ứng Ferranti

IV QUÁ ĐIỆN ÁP SÉT

Sét đánh vào đường dây tải điện trên không (DZK) là nguyên nhân chính gây

ra quá điện áp quá độ trong hệ thống điện Quá điện áp phát sinh do nguyên nhân này thường được gọi là quá điện áp sét (Lightning Overvoltages) hay quá điện áp khí quyển (Atmospheric overvoltages) Biên độ và độ dốc đầu sóng của điện áp lớn (độ dốc đầu sóng rất dốc) gây nguy hiểm cho cách điện ngang và cách điện dọc của hệ thống, có thể gây sự cố ngắn mạch làm gián đoạn cung cấp điện, giảm độ tin cậy và gây mất ổn định hệ thống Do đó, khi thiết kế đường dây tải điện, trạm biến áp và các thiết bị bảo vệ cần nghiên cứu kỹ lưỡng về quá điện áp sét [11, 12]

Quá điện áp sét trên đường dây tải điện là do sét đánh trực tiếp vào đường dây (sét đánh vào dây chống sét, đỉnh cột hoặc đánh vào dây dẫn pha) Quá điện áp lan truyền dọc đường dây và có thể gây lên phóng điện trên cách điện đường dây Đặc điểm của quá điện áp do sét đánh vào đỉnh cột hoặc dây chống sét gây lên phóng điện ngược vào dây dẫn pha thường có độ dốc rất lớn Trong trường hợp vị trí bị sét đánh

xa trạm biến áp thì biên độ cũng như độ dốc đầu sóng suy giảm trong quá trình lan truyền trên đường dây do tổn hao Nếu vị trí bị sét đánh gần trạm, thì cách điện trong trạm là nguy hiểm nhất do điện áp truyền vào trong trạm là dạng sóng cắt có độ dốc thẳng đứng và biên độ lớn Quá trình lan truyền (phản xạ, khúc xạ) của quá điện áp tới có thể làm tăng biên độ của quá điện áp do các thiết bị điện và dây dẫn trong trạm biến áp có tổng trở sóng khác nhau (như trạng thái máy cắt đóng/mở, máy biến điện

áp đo lường, dây dẫn, máy biến áp…)

Đối với trạm biến áp, việc tính toán bảo vệ chống sét thường áp dụng 3 cấp bảo

vệ, bao gồm:

- Bảo vệ cấp 1: hạn chế các ảnh hưởng của phóng điện sét trực tiếp vào các thiết

bị và các phần tử của hệ thống điện.Bảo vệ loại này thường sử dụng hệ thống chống sét bao gồm cột chống sét hoặc dây chống sét

- Bảo vệ cấp 2: hạn chế độ lớn điện áp dư của sóng cắt tới giới hạn an toàn cho cách điện của các thiết bị điện trong trạm biến áp và nhà máy điện Bảo vệ loại này thường sử dụng chống sét van và/hoặc phối hợp với tụ điện, cáp

- Bảo vệ cấp 3: bảo vệ quá điện áp cảm ứng cho các thiết bị điện áp thấp, điện

tử, hệ thống máy tính, hệ thống tự động điều chỉnh, thiết bị truyền tín hiệu do sét đánh gần trạm biến áp

Mục đích nghiên cứu về quá điện áp sét trên đường dây tải điện là để xác định suất phóng điện (FOR- Flashover Rate) để lựa chọn chống sét van đường dây, còn đối với trạm biến áp là để tính toán tần suất sự cố trung bình (MTBF-Mean Time Between Failures) nhằm lựa chọn chống sét van (số lượng, chủng loại) và vị trí đặt tối ưu, đồng thời xác định khoảng cách cách điện tối thiểu pha-đất, pha-pha

IV.1 Tham số của phóng điện sét

Phóng điện sét là một hiện tượng vật lý, dòng điện sét là một dạng dòng điện xung xảy ra trong khoảng thời gian ngắn bao gồm một chuỗi phóng điện kế tiếp Một dạng sóng dòng điện sét phổ biến có dạng như Hình 1 9 : Biến thiên của dòng điện trong khe sét , bao gồm phần đầu sóng là giai đoạn dòng điện sét tăng nhanh từ 0 đến đỉnh trong khoảng thời gian từ vài micro giây tới khoảng 20  s, tương ứng với thời điểm phóng điện ngược, và phần thân sóng là giai đoạn dòng điện giảm dần về không

trong khoảng thời gian từ vài chục tới vài trăm micro giây, tương ứng với thời điểm chuyển dịch các điện tích dư về các cực đối diện

Tham số của phóng điện sét là một số liệu mang tính ngẫu nhiên, nó phản ánh các cơ chế hình thành và phóng điện của những trường hợp cụ thể Nghĩa là, nó phụ thuộc vào quá trình và qui mô hình thành đám mây điện, đặc thù vùng khí hậu, cũng như khả năng tập trung điện tích trái dấu phía mặt đất Như vậy, tham số của phóng điện sét chỉ được xác định qua những số liệu thống kê bằng cách đo đạc nhiều năm trên thực địa và từ đó xây dựng những hàm thống kê để tính toán một cách gần đúng nhất

Tham số của phóng điện sét có ảnh hưởng trực tiếp tới hệ thống điện bao gồm:

- Dạng sóng dòng điện

- Đỉnh dòng điện sét của phóng điện lần đầu và phóng điện lặp lại

- Số lần phóng điện trong một đợt sét

- Độ dốc đầu sóng dòng điện sét

- Thời gian đầu sóng dòng điện sét

- Điện tích trong khe phóng điện sét

- Mật độ sét phóng điện xuống đất

Mỗi một đợt sét thường xẩy ra một hoặc nhiều lần phóng điện sét xuống đất, trung bình là 3 lần Lần phóng điện đầu tiên có độ lớn dòng điện lớn nhất nhưng độ dốc đầu sóng lại nhỏ hơn các lần phóng điện lặp lại Khi tính toán hay nghiên cứu về quá điện áp lan truyền từ đường dây vào trạm biến áp thường lấy cường độ dòng điện sét của lần phóng điện đầu tiên để tính toán Nhưng khi tính toán năng lượng của dòng điện sét, ví dụ như tính toán năng lượng hấp thụ trên chống sét van thì lấy các lần phóng điện lặp lại để tính toán Theo kết quả nghiên cứu của nhóm Berger[13], Anderson và Eriksson[14] thì tham số của các phóng điện âm từ phía đám mây được biểu diễn bằng hàm Logarit chuẩn dưới dạng:

2

M

x ln 2 1

e x 2

1 )

f(x) là hàm mật độ xác suất

M là phân bố trung bình của hàm logarit

 là sai lệch tiêu chuẩn logarit

x là tham số cần xác định xác suất (I, S, T)

Trên Hình 1 9 : Biến thiên của dòng điện trong khe sét các thông số được mô tả như sau:

- S10, S10/90, S30/90 và Smax là độ dốc đầu sóng tại I10, từ I10 đến I90, từ I30 đến I90

và độ dốc đầu sóng cực đại (kA/  s)

Tham số phân bố log chuẩn (M,  ) của phóng điện sét âm cho trongBảng 1 3:

Bảng 1 3: Tham số của phòng điện sét theo dữ liệu của Berger

Tham số Phóng điện ban đầu Phóng điện lặp lại

2

2

e M

) y ( xM

xln21

)y(x

e x 2

1 ))

y ( x

x là tham số cần xác định xác suất

Bảng 1 4: Tham số dẫn xuất của dòng điện sét

Tham số dẫn

xuất

Đỉnh dòng điện sét(kA)

I2(Smax) 0,31

maxS 7 ,

maxS 41 ,

I2(tmax) 0,33

maxt 7 ,

maxt 1 ,

I2(t30/90) 0,39

90/30t 5 ,

Dốc đầu sóng(kA/µs)

Smax(I2) 0,47

2I 83 ,

2I 17 ,

Thời gian đầu sóng(µs)

t30/90(I2) 0,51

2I 636 ,

tmax(I2) 0,53

2I 207 ,

2I 24 ,

IV.2 Phân bố đỉnh và độ dốc đầu sóngdòng điện sét

Từ những năm 1950, nhóm nghiên cứu của AIEE phân tích mối quan hệ giữa

từ trường với đỉnh dòng điện sét cho các phóng điện sét có cực tính âm và xác định được giá trị trung bình của đỉnh dòng điện sét là 15 kA Sau những những năm 1950 các nhà nghiên cứu khác như J G Anderson, Popolansky, Eriksson và nhóm của IEEE và CIRGE đưa ra những số liệu về trị số trung bình tương đối khác so với kết quả nghiên cứu trước đây Trong bảng… cho kết quả của một số nghiên cứu quan trọng về đỉnh dòng điện sét trung bình trên các đối tượng nghiên cứu khác nhau

nghiên cứu

Đỉnh dòng điện (kA)

Độ dốc đầu sóng dòng điện

I ( 1

100 )

( P

6 , 2

24

I ( 1

100 )

( P

6 , 2





Phân bố độ dốc đầu sóng theo dữ liệu của Berger (1977):

(%) )

24

S ( 1

100 )

S ( P

4





IV.3 Quá điện áp khí quyển trên đường dây tải điện

IV.3.1 Quá điện áp khí quyển do sét đánh trực tiếp vào dây dẫn pha

Khi sét đánh trực tiếp vào dây dẫn pha của đường dây tải điện trên không, dòng điện i(t) chia thành 2 thành phần bằng nhau(Hình 1 10 : Sét đánh vào dây dẫn pha )chạy dọc dây dẫn sinh ra sóng quá điện áp với quan hệ như sau:

2

 Trong đó: ZC là tổng trở sóng của

đường dây tải điện trên không, không phụ

thuộc vào tần số của nguồn Tổng trở sóng

của đường dây tải điện trên không thường

nằm trong giới hạn từ 300  đến 500  Hình 1 10: Sét đánh vào dây dẫn pha

Quá điện áp sét phụ thuộc chủ yếu vào độ lớn của dòng điện trong khe sét Nếu dòng điện trong khe sét nhỏ thì điện áp khí quyển sẽ nhỏ hơn cường độ cách điện xung kích của cách điện đường dây thì quá điện áp lan truyền sẽ giữ nguyên dạng và được gọi là toàn sóng Khi dòng điện trong khe sét đủ lớn (lớn hơn hoặc bằng dòng điện tới hạn) sẽ gây ra phòng điện trên cách điện đường dây, lúc đó quá điện áp sẽ có dạng sóng cắt lan truyền dọc đường dây

IV.3.2 Quá điện áp đánh vào đỉnh cột điện hoặc dây chống sét

Khi sét đánh vào đỉnh cột hoặc dây chống sét gần đỉnh cột, phần lớn năng lượng của dòng điện sét được tháo vào đất qua thân cột và điện trở của hệ thống nối đất chân cột điện (RC) tạo lên điện thế lớn trên xà và thân cột điện Độ lớn của điện thế phụ thuộc vào kết cấu của cột điện và tình trạng nối đất chân cột, được xác định như sau:

Trong đó: k là hệ số phân bố dòng điện đi vào trong đất;

RC là điện trở nối đất của Hệ thống nối đất chân cột;

L là điện cảm thân cột

i(t) là dòng điện tức thời trong khe sét

- Quá điện áp này tác động trực tiếp lên cách điện của đường dây và gây lên phóng điện nếu nó lớn hơn cường độ cách điện xung kích Nếu hồ quang điện (của dòng điện xoay chiều 50 Hz) phát sinh và duy trì với thời gian lớn hơn thời gian làm việc của bảo vệ rơle thì đường dây sẽ bị cắt ra

- Quá điện áp sét: phát sinh do sét đánh vào đường dây hoặc đánh gần đường dây tải điện Loại quá điện áp này thường là xung 1 chiều, đỉnh sóng lớn thường lớn hơn 5 p.u Độ lớn của quá điện áp phụ thuộc chủ yếu vào độ lớn dòng điện sét trong khe phóng điện sét, kết cấu của đường dây (đường dây có treo dây chống sét hay không treo dây chống sét) Quá điện áp sét xuất hiện trên đường dây và lan truyền vào các trạm biến áp có thể gây nguy hiểm cho các thiết bị điện trong trạm Tuy nhiên,

độ lớn của quá điện áp trong trạm còn phụ thuộc vào vị trí sét đánh và mức độ tổn hao khi lan truyền trên đường dây

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ TRẠM BIẾN ÁP 220 KV THÁI NGUYÊN VÀ ĐƯỜNG DÂY 220 KV THÁI NGUYÊN-SÓC SƠN

I TỔNG QUAN VỀ TRẠM BIẾN ÁP 220 KV THÁI NGUYÊN

I.1 Vai trò của trạm biến áp 220 kVThái Nguyên

Trạm biến áp 220 kV Thái Nguyên trực thuộc truyền tải điện Thái Nguyên – Công ty truyền tải điện I, đóng trên địa bàn Phường Quan Triều – TP Thái Nguyên – Tỉnh Thái Nguyên Trạm đóng vai trò quan trọng trong hệ thống phân phối điện miền Bắc Trạm có tổng công suất 626 MVA trong đó có: 2 MBA 250 MVA – 220/110/22 kV; 2 MBA 63 MVA – 110/35/22 kV; 07 ngăn lộ 220 kV; 16 ngăn lộ

110 kV; 09 ngăn lộ 35 kV và 10 ngăn lộ22 kV Tụ bù gồm: 02 tụ bù tĩnh 110kV/40 MVAr; 01 bộ tụ bù dọc FSC - 51 MVAr và 01 bộ tụ bù SVC – 108 MVAr Nhiệm

vụ chính của trạm là cung cấp điện cho khu công nghiệp Gang Thép Thái Nguyên, khu công nghiệp Sông Công và cho các nhu cầu kinh tế, chính trị, dân sinh các tỉnh phía Bắc như: Bắc Giang, Cao Bằng, Bắc Kạn, Tuyên Quang, Hà Giang…

Trạm 220KV Thái Nguyên có sơ đồ nguyên lý thể hiện trên hình 2.1

Hình 2 3: Sơ đồ nhất thứ của trạm

Trạm 220kV Thái Nguyên nhận điện từ hai nguồn: Nguồn 220 kV từ phía Tuyên Quang và nguồn điện mua từ Trung Quốc Như trên sơ đồ nhất thứ, có thể thấy nguồn

220 kV phía Trung Quốc được đưa về theo đường Hà Giang 1, qua AT, với một loạt các thiết bị đo lường, bảo vệ cũng như cụm bù dọc (TBD202) Ngoài ra còn có các nguồn đưa về từ Tuyên Quang, Sóc Sơn, Bắc Giang Hai thanh cái C22 và C21 ( hoạt động độc lập do lệch về điện áp ) làm nhiệm vụ tập trung các nguồn để tiện cho việc cấp cho các tải phía sau Trên sơ đồ, đường dây chẵn nối vào thanh cái chẵn, đường dây thứ tự lẻ nối vào thanh cái lẻ Đây là hai thanh cái làm việc độc lập, không sử dụng máy cắt liên lạc Điện từ hai thanh cái này được đưa tới máy biến áp AT1 và AT2, tại đây nguồn điện được chuyển thành các cấp 110 kV (đưa tới thanh cái C11, C12) và cấp 22 kV (đưa tới khu vực bù SVC)

Về phía 110 kV hiện tại nguồn này được cấp trực tiếp cho các lộ: Sóc sơn, Cao Bằng, Bắc Kạn, hai đường lên nhà máy xi măng Phía Cao Bằng chỉ nhận điện từ nguồn Trung Quốc

Đồng thời nguồn còn cấp tới các máy biến áp T3, T4 cấp cho tỉnh Thái Nguyên qua phụ tải 35 kV và 22 kV Hai máy biến áp T3, T4 làm nhiệm vụ cấp điện cho khu vực thành phố Thái Nguyên, các khu công nghiệp như Gang thép, Làng Cầm, một phần cho điện tự dùng của trạm và cho thiết bị đo lường, bảo vệ

Riêng khu vực các khu công nghiệp là đối tượng tải quan trọng nên được cấp điện bởi cả hai máy biến áp T3 và T4, thông qua hai thanh cái C31, C32 với máy cắt liên lạc 312 nối liền hai thanh cái Do có bộ phận tải là các lò luyện thép cao tần nên lượng sóng điều hòa mà bộ phận tải này phát lên lưới rất lớn, yêu cầu có hệ thống lọc sóng hài cũng như bù công suất phản kháng của toàn bộ hệ thống Ở đây ta đưa ra hệ thống bù tĩnh SVC như góc phải của sơ đồ

Đối với các trạm biến áp cao thế, cũng như vận hành hệ thống điện nói chung

có thể xuất hiện tình trạng sự cố thiết bị đường dây hoặc do chế độ làm việc bất thường của các phần tử trong hệ thống Các sự cố này thường kèm theo dòng điện tăng lên khá cao và điện áp giảm thấp, gây hư hỏng thiết bị và có thể làm mất ổn định

hệ thống Các chế độ làm việc không bình thường làm cho điện áp và tần số lệch khỏi giới hạn cho phép Nếu tình trạng kéo dài thì có thể xuất hiện sự cố lan rộng Muốn

duy trì hoạt động bình thường của hệ thống khi xuất hiện sự cố cần phải phát hiện càng nhanh càng tốt và cách ly nó ra khỏi phần tử bị hư hỏng Nhờ vậy các phần tử còn lại mới duy trì được hoạt động bình thường và hạn chế được phần nào khi sự cố Làm được điều này chính là hệ hống bảo vệ quá điện áp cho trạm

THỐNG KÊ DÒNG ĐỊNH MỨC CÁC ĐZ, TC TRẠM 220KV THÁI NGUYÊN

mức (A)

2 272: Thái Nguyên - Hà Giang 1 ASCR 400: 51,9km 810

ASCR 2x300:251,8km

3 273: Thái Nguyên - Bắc Giang ASCR 400:62,2km 810

4 274: Thái Nguyên - Hà Giang 2 ASCR 400:41,9km 810

ASCR 2x300:189,8km

5 275: Thái Nguyên - TĐ T.Quang ASCR 2x300:134km 810

10 175: Thái Nguyên - Cao Ngạn Cáp đồng M 1x240 714

11 176: Thái Nguyên - Cao Ngạn Cáp đồng M 1x241 714

12 177: Thái Nguyên - NMXM Q.Sơn AC 185:17,0km 510

13 178: Thái Nguyên - NMXM Q.Sơn AC 185:17,0km 510

20 471: Thái Nguyên - Thành phố Cáp đồng M 1x150 375

21 472: Thái Nguyên - Thành phố Cáp đồng M 1x120 340

23 474: Thái Nguyên - Phú Lương Cáp đồng M 1x150 375

I.2 Thông số máy biến áp

- Kiểu: OBD 250/460; Công suất: 250/250/85 MVA; Điện áp: 225/115/23 kV;

Năm vận hành: 02/2007

- Hãng sản xuất: Pauwels- Bỉ sản xuất

- Điện áp định mức: 225/115/23kV Tần số: 50Hz

- Công suất định mức: 250.000/250.000/85.000 kVA

- Dòng điện định mức các cuộn dây:

- Tổ đấu dây: Y0 tự ngẫu / ∆ -11

- Nấc phân áp bộ điều chỉnh không điện: 5 nấc điều chỉnh: 23± 2x 2,5% kV

- Tổn thất khi đầy tải ( PN%) ở 75 độ C:

- Tổn thất không tải: Io = 0,03 %Iđm ở Uđm ; Po = 57,797 kW

- Dòng điện định mức/ Qđm: 580A/19210 kVA

- Tiêu chuẩn áp dụng: IEC60871 – 1 (2005)

- Hãng sản suất: ABB Xi’an Rongxin electronic CO., LTD China

- Tiêu chuẩn áp dụng: IEC60871 – 1 (2005)

- Hãng sản suất: ABB Xi’an Rongxin electronic CO., LTD China

- Loại: TALA-AMM 8.3-600-1W

- Công suất định mức: 19210 KVar

- Điện áp định mức 1 bình: 8,3 KV

- Tiêu chuẩn áp dụng: IEC60871 – 1 (2005)

- Hãng sản suất: ABB Xi’an Rongxin electronic CO., LTD China

- Công suất 1 bình: 585 KVar

I.5 Thông số chống sét van

1 Thông số cơ bản

Loại Y10W-200/496 Loại Y10W-200/496 Loại Y10W-200/496

hãng PINGGAO - TQ hãng PINGGAO - TQ Hãng PINGGAO - TQ

3 Điện áp d- cực đại

II TỔNG QUAN VỀ ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN SểC SƠN-THÁI NGUYấN

Đường dõy 220 kV Thỏi Nguyờn-Súc Sơn là mạch đơn, sử dụng dõy loại dõy nhụm lừi thộp tăng cường ACK-410/53, cú tổng chiều dài 39,9 km được nối vào thanh gúp 220 kV phớa Thỏi Nguyờn qua mỏy cắt 271 và thanh gúp 220 kV trạm biến ỏp Súc Sơn qua mỏy cắt 273 Đường dõy này nằm trong mạch vũng kớn Thỏi Nguyờn- Súc Sơn-Bắc Giang-Phả Lại, cú sơ đồ nguyờn lý như Hỡnh 2 4 Thụng số và kết cấu đường dõy Thỏi Nguyờn-Súc Sơn cho trong Phụ lục 1

Hỡnh 2 4: Sơ đồ mạch vũng 220 kV

KẾT LUẬN CHƯƠNG 2

Trạm biến áp 220 kV Thái Nguyên trực thuộc truyền tải điện Thái Nguyên – Công ty truyền tải điện I, đóng trên địa bàn Phường Quán Triều – TP Thái Nguyên – Tỉnh Thái Nguyên Trạm đóng vai trò quan trọng trong hệ thống phân phối điện miền Bắc Trạm có tổng công suất 626 MVA trong đó có: 2 MBA 250 MVA – 220/110/22 kV; 2 MBA 63 MVA – 110/35/22 kV; 07 ngăn lộ 220 kV; 16 ngăn lộ

110 kV; 09 ngăn lộ 35 kV và 10 ngăn lộ22 kV Tụ bù gồm: 02 tụ bù tĩnh 110kV/40 MVAr; 01 bộ tụ bù dọc FSC - 51 MVAr và 01 bộ tụ bù SVC – 108 MVAr Nhiệm

vụ chính của trạm là cung cấp điện cho khu công nghiệp Gang Thép Thái Nguyên, khu công nghiệp Sông Công và cho các nhu cầu kinh tế, chính trị, dân sinh các tỉnh phía Bắc như: Bắc Giang, Cao Bằng, Bắc Kạn, Tuyên Quang, Hà Giang…

Đường dây 220 kV Thái Nguyên-Sóc Sơn thuộc Công ty Truyền tải điện Miền Bắc Quản lý nằm trong mạch vòng kín Phả Lại-Bắc Giang-Thái Nguyên-Sóc Sơn- Phả Lại Đường dây là mạch đơn, sử dụng dây loại dây nhôm lõi thép tăng cường ACK-410/53,

có tổng chiều dài 39,9 km được nối vào thanh góp 220 kV phía Thái Nguyên qua máy cắt 271 và thanh góp 220 kV trạm biến áp Sóc Sơn qua máy cắt 273

CHƯƠNG 3: Mễ PHỎNG ĐƯỜNG DÂY 220 KV THÁI NGUYấN-SểC SƠN

VÀ TRẠM BIẾN ÁP 220 KV THÁI NGUYấN

I GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM ATP-EMTP VÀ Mễ ĐUN ATPDRAW

I.1 Ch-ơng trình ATP-EMTP

Ch-ơng trình ATP-EMTP(Electro-Magnetic Transients Program)nghiên cứu quá

độ điện từ, đã đ-ợc công nhận là một trong những công cụ phổ biến để mô phỏng các hiện t-ợng về điện - cơ cũng nh- các hiện t-ợng về điện từ trong hệ thống điện ATP- EMTP là một trong những dụng cụ phân tích hệ thống rất linh hoạt và hiệu quả, đang

đ-ợc sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới trong các lĩnh vực tính toán thiết kế cũng nh- vận hành cho các loại thiết bị khác trong hệ thống điện

Với sự tài trợ của Công ty điện lực Mỹ BPA (Bonnerille Power Adminitration) ch-ơng trình ATP-EMTP đã đ-ợc phát triển và ứng dụng rộng rãi từ đầu những năm

1970 ATP-EMTP đ-ợc chính thức th-ơng mại hoá từ năm 1984 Khi mới phát triển, ATP-EMTP chỉ bao gồm những mô đun đơn giản chủ yếu dùng để tính toán quá trình quá độ điện từ trong hệ thống điện Theo thời gian, EMTP đã phát triển nhanh chóng với sự đóng góp của nhiều nhà khoa học trên thế giới Ngày nay ATP-EMTP cho phép tính toán các thông số hệ thống điện trong chế độ quá độ ở miền thời gian Các bài toán sau đây th-ờng đ-ợc giải quyết nhờ ch-ơng trình EMTP:

- Hành vi các thiết bị điều khiển trong hệ thống điện,

- Đóng cắt điện kháng, máy biến áp và tụ điện,

- Đóng và tự đóng lại đ-ờng dây,

- Đóng cắt máy cắt đồng thời hoặc không đồng thời,

- Đóng điện dung,

- ổn định quá độ, sa thải phụ tải,

- Phân tích sóng hài, cộng h-ởng lõi từ, dao động sắt từ,

- Chống sét,

- Quá điện áp thao tác, quá điện áp khí quyển, quá điện áp phục hồi,

- Nghiên cứu quá điện áp bằng xác suất thống kê,

- Kiểm tra các thiết bị rơle bảo vệ,

- Quá trình quá độ thao tác và ngắn mạch,

- Mô phỏng máy điện, khởi động động cơ,

- Mô phỏng các thiết bị FACTS nh- : SVC, STATCOM, TCSC,

- ứng dụng điện tử công suất mô phỏng hệ thống điều khiển,…

Ngoài ra ATP-EMTP còn có khả năng chuyển các kết quả ở miền thời gian về miền tần số và phân tích hệ thống nhiều pha ở chế độ xác lập.ATP-EMTP cho phép mô phỏng các hệ thống điện lớn, phức tạp với quy mô kích th-ớc cực đại nh- Bảng 3.1

I.2 Mụ đun ATPDraw

Windows với giao diện đồ hoạ trực quan, dễ sử dụng, là phần mềm để tạo mạch mô phỏng quá độ Trong đó có rất nhiều mô phỏng sẵn có về các phần tử trong hệ thống

điện Ngoài ra ng-ời sử dụng còn có thể tạo ra đ-ợc các mô phỏng mới nhờ ngôn ngữ MODELS của ch-ơng trình Cỏc phần mụ phỏng của ATPDraw được thể hiện trong cỏc bảng dưới đõy:

Phần tử đo l-ờng (Probes & 3-phase):

- Phần tử đo l-ờng điện áp nút, nhánh, dòng điện và theo dõi TACS

- Phần tử hoán vị pha

- Bộ tách 3 pha thành một pha

- Bộ chỉ thứ tự pha ABC/DEF