Nghiên cứu quá điện áp nội bộ chế độ cuối đường dây hở mạch, áp dụng mô hình hoá đoạn pleiku phú lâm bằng chương trình atp emtp để khảo sát quá điện áp

Bộ giáo dục và đào tạo Trường đại học bách khoa hà nội--- Họ và tên: Phạm Thành chung Nghiên cứu quá điện áp nội bộ chế độ cuối đường dây hở mạch , áp dụng mô hình hoá đoạn pleiku – p

Bộ giáo dục và đào tạo Trường đại học bách khoa hà nội

-

Họ và tên: Phạm Thành chung

Nghiên cứu quá điện áp nội bộ chế độ cuối

đường dây hở mạch , áp dụng mô hình hoá

đoạn pleiku – phú lâm bằng chương trình atp – EMTP để khảo sát qúa điện áp

Chuyên ngành: Hệ thống điện

Luận văn thạc sĩ hệ thống điện

Người hướng dẫn khoa học: TS trần văn tớp

Hà Nội: 12-2004

®iÖn ATP-EMTP

3.2.VÝ dô vÒ ch−¬ng tr×nh m« pháng b»ng ATP-EMTP 67 3.3 Mét sè ®iÓm cÇn chó ý khi sö dông ch−¬ng tr×nh EMTP-ATP 70

Chương IV Mô tả hệ thống và mô hình hoá bằng phần mềm ATP 72

4.1.3 Tính toán cho các chế độ của hệ thống 78

4.3.1 Trường hợp thao tác đóng mạch 2 trong chế độ không tải 89 4.3.2 Trường hợp thao tác cắt mạch 2 chế độ không tải 95 4.3.3 Trường hợp thao tác đóng mạch 2 trong chế độ đường dây 105

đang mang tải

PHụ lục

Đường dây tải điện 500 kV Bắc - Nam là phần tử nối liền hệ thống điện các miền, hình thành hệ thống điện thống nhất trong cả nước đồng thời là trục xương sống của hệ thống điện Việt Nam Ngay sau khi đóng điện giai đoạn I,

đường dây tải điện 500 kV Bắc - Nam đã được phát huy tác dụng của nó trong việc truyền tải năng lượng đang dư thừa của hệ thống điện miền Bắc vào miền Nam, giải quyết được khó khăn phải cắt điện tràn lan ở miền Nam do thiếu nguồn trước đó Giai đoạn II, cấp điện cho hệ thống điện miền Trung từ

đường dây 500 kV, đã đánh dấu một bước ngoặt trong việc cung cấp điện và nâng cao chất lượng điện năng đối với các tỉnh miền Trung Theo thống kê, từ tháng 4 năm 1994 đến tháng 10/2001, hệ thống điện miền Bắc đã cung cấp cho hệ thống điện miền Nam và miền Trung khoảng 15 tỷ kWh, và ngược lại

hệ thống điện miền Nam cấp cho hệ thống điện miền Bắc và miền Trung khoảng 3 tỷ kWh Chỉ tính riêng trong 4 năm đầu vận hành từ 1994 đến 1997, tiết kiệm chi phí trong vận hành ước tính khoảng 572 triệu USD (so với tổng

đầu tư đường dây khoảng 550 triệu USD)

Kể từ khi nhà máy thuỷ điện Ialy được đưa vào vận hành, được đấu thẳng lên lưới điện truyền tải 500kV qua trạm Pleiku, chế độ vận hành của đường dây 500kV được cải thiện đáng kể, tổn thất giảm hẳn

Hơn 9 năm qua, đường dây 500 kV đã truyền tải từ Bắc vào là 17.158.000.000 kWh, truyền tải từ Nam ra là 4.0375.000.000 kWh, tổng năng lượng truyền tải qua hệ thống điện 500 kV là 21.195.000.000 kWh (tính đến

hết th¸ng 6 năm 2003) Đường d©y 500 kV Bắc - Nam đ· thực sự trở thành đường d©y liªn kết hệ thống, truyền tải điện năng theo cả hai chiều, n©ng cao

độ an toàn cung cấp điện và chất lượng điện cho cả hệ thống đồng thời tạo điều kiện để khai th¸c được tối ưu c¸c nguồn điện hiện cã trong hệ thống điện Sản lượng của c¸c nhà m¸y thuỷ điện tăng nhiều so với trước khi cã đường d©y 500 kV

Từ năm 2002 đến nay đoạn đường d©y này thường xuyªn qu¸ tải do phụ tải phÝa Bắc tăng cao, do đặc điểm khai th¸c c¸c hồ thuỷ điện trong mïa kh« , nhất là cuối mïa kh« đầu mïa lũ c«ng suất khả dụng NMTĐ Hoà B×nh giảm thấp (1240 MW so với định mức 1920 MW), do thiếu một số tổ m¸y nhiệt điện miền Bắc (Phả Lại 2) dẫn đến phải huy động cao c¸c nguồn điện phÝa Nam

Bảng 1 Sản lượng điện truyền tải qua c¸c trạm 500 kV theo c¸c năm

Đơn vị: triệu kWh Trạm 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 Tổng

Ph¸t 988 2813 2719 2650 2036 1865 1332 974 911 870 17158 Hßa

Bảng 2 Công suất truyền tải lớn nhất qua các trạm 500 kV theo các năm

Để đảm bảo cung cấp điện an toàn cho miền Bắc, việc xây dựng mạch 2

đường dây 500 kV Đà Nẵng – Hà Tĩnh – Nho Quan, đường dây 500 kV Nho Quan –Thường Tín và hoàn thành xây dựng xong mạch 2 Pleiku – Phú Lâm

là rất cần thiết không chỉ những năm thiếu điện của miền Bắc mà còn có lợi ích cho cả những năm sau này

Đối với những đường dây siêu cao áp (DDSCA), một trong những vấn

đề khi thiết kế xây dựng đường dây SCA là vấn đề quá điện áp nội bộ

Hệ thống điện được xem như một tổng thể gồm các phần tử R, L, C, trong đó L, C là các phần tử cấu thành mạch dao động và dẫn đến điện áp tăng cao trong nội bộ hệ thống điện Những dao dộng có tần số bằng hoặc tương ứng với tần số nguồn sẽ gây nên quá điện áp duy trì Do được nguồn tiếp sức nên chúng có thể tồn tại lâu dài

Các thao tác đóng cắt trong hệ thống sẽ gây nên sự thay đổi tham số mạch điện và làm xuất hiện các quá trình quá độ bằng dao động L – C Những dao động này ( thường được gọi là dao động cao tần ) sẽ gây nên quá điện áp quá độ hoặc còn được gọi là quá điện áp thao tác

ở SCA và CCA, quá điện áp nội bộ trở thành nguy cơ số một đối với cách điện của hệ thống điện vì ở điện áp càng cao thì độ dự trữ an toàn của cách điện càng thấp Bảng 3 cho các trị số tính toán của quá điện áp nội bộ (biểu thị qua p.u) , các số liệu là cơ sở để tính toán thiết kế cách điện

Điện áp định mức ( kV) 110ữ220 300 500 750 1050 Qúa điện áp nội bộ tính toán

Trong nhiều trường hợp thực tế quá điện áp nội bộ đã vượt qua giới hạn thiết kế nêu trên do đó ở các hệ thống điện này bắt buộc phải có các thiết bị bảo vệ chống quá điện áp nội bộ

Khi vận hành ở đường dây siêu cao áp và đường dây dài, vấn đề quá

điện áp nội bộ càng trở nên trầm trọng bởi lý do:

- Khi đường dây không tải hoặc hở mạch ở đầu cuối dòng điện trên

đường dây là dòng điện dung ( IC ) Dòng điện này đi khi đi qua điện kháng của nguồn và của đường dây sẽ gây tăng áp phía đường dây Vì độ lớn của dòng điện dung tỷ lệ với chiều dài đường dây nên khi đường dây càng dài thì hậu quả tăng áp nói trên càng trầm trọng Trong trường hợp đặc biệt khi đường dây có chiều dài 1500 km thì điện áp đầu cuối hở mạch của đường dây sẽ tăng vô cùng

- Đường dây dài là một mạch dao động nhiều tần số xác định theo:

fK=(2K+1)f0

f0= (v/4.l)

Do nguồn điện có tần số f=50 Hz nên chiều dài 1500 km sẽ là chiều dài cộng hưởng với tần số f và chiều dài 500 km - chiều dài cộng hưởng với tần số 3f của nguồn

*Phân loại quá điện áp nội bộ trong hệ thống điện:

Các thao tác đóng cắt trong hệ thống điện sẽ gây nên sự thay đổi tham

số trong mạch điện và làm xuất hiện các quá trình quá độ bằng dao động L-C Những dao động này (thường là các dao động cao tần) sẽ gây nên quá điện áp quá độ hay còn gọi là quá điện áp thao tác Người ta có thể phân loại chúng theo tính chất tác động lên cách điện như:

+ Quá điện áp chuyển mạch giữa các pha – tác động lên cách điện giữa các pha

+ Quá điện áp chuyển mạch giữa các tiếp điểm – xuất hiện giữa các tiếp

điểm đang mở của các thiết bị khi thao tác (máy cắt, cầu dao )

+ Quá điện áp chuyển mạch pha – tác động lên cách điện của các thành phần dẫn điện đối với đất

Hoặc có thể phân loại theo từng quá trình quá độ khi chuyển mạch như:

+ Quá điện áp khi chuyển mạch đường dây non tải

+ Quá điện áp khi đóng đường dây hở mạch

+ Quá điện áp khi tự động đóng lại hay tự động đóng nguồn dự phòng + Quá điện áp chuyển mạch khi cắt các tụ điện tập trung và đường dây không tải

+ Quá điện áp khi cắt các dòng điện ngắn mạch

+ Quá điện áp khi cắt các dòng điện cảm nhỏ

Mục tiêu của đề tài là tìm hiểu tổng quan về quá điện áp nội bộ trên

đường dây dài ở chế độ cuối đường dây hở mạch.Tính quá điện áp và lựa chọn dung lượng bù khi đóng, cắt mạch 2 Pleiku -Phú Lâm ứng dụng chương trình phần mềm ATP để tính toán qúa điện áp nội bộ trên đoạn đường dây Pleiku – Phú Lâm

Chương I

Qúa điện áp nội bộ trên đường dây dài ở chế độ cuối

đường dây Hở mạch

Ta đã biết đến một dạng quá điện áp trên đường dây dài đó là quá điện

áp duy trì , nó có tần số bằng hoặc tương ứng với tần số công nghiệp và duy trì trong thời gian dài

ở chương này ta sẽ nghiên cứu đến dạng quá điện áp quá độ xuất hiện trong quá trình quá độ của thao tác đóng mạch đường dây dài (Từ ngữ quá

điện áp quá độ thường được đồng nhất với từ ngữ quá điện áp thao tác vì các quá trình quá độ gắn liền với các thao tác đóng cắt mạch điện)

1.1 Tổng quan về quá điện áp trên đường dây dài ở chế độ cuối đường dây hở mạch

1.1.1 Đặc điểm của quá điện áp nội bộ trên đường dây dài ở chế độ cuối

đường dây hở mạch

Trên các đường dây dài (ĐDD) trong nhiều trường hợp xảy ra chế độ làm việc cuối đường dây hở mạch Đó là khi thay đổi chế độ làm việc bình thường của đường dây, lúc hoà đồng bộ hoặc khi có sự cố, hệ thống bảo vệ ở hai đầu làm việc không đồng bộ

U xác lập không tải

Hình 1

Đồ thị hình 1 cho thấy các giai đoạn biến đổi điện áp khi đóng đường dây ở chế độ không tải Giai đoạn I và II ứng với sức điện động nguồn vẫn giữ nguyên vị trí cũ Giai đoạn I là quá trình quá độ, dao động kéo dài trong vài nửa chu kỳ và khi các dao động tự do tắt thì sẽ chuyển sang giai đoạn II là giai

và số lượng, kháng điện sẽ hạn chế được quá điện áp trên đường dây trong chế

dx x

u u

dx x

i i

∂

∂+

∂

∂+

t

iLiRxu

0 0

0 0

(1.1)

Với R0: Điện trở tác dụng đơn vị dài (Ω/km)

L0: Điện cảm đơn vị (H/km)

C0: Điên dung dây dẫn pha với đất ứng với đơn vị dài (F/km)

G0: Điện dẫn tác dụng ứng với đơn vị dài của ĐDD đặc trưng tổn hao rò điện và do tổn hao vầng quang ⎟

1

Cho đến nay chưa có một lời giải tổng quát để tính tới đầy đủ các tham

số trên mà thường là đơn giản hoá từng phần Theo V.A.Venikov [14] ta có: Phương pháp 1: Bỏ qua R0 và G0, bỏ qua mọi dạng tổn hao, các tham số còn lại L0 và C0 giữ không đổi trong quá trình tính toán

Phương pháp 2: Có xét đến tổn hao do điện trở R0 và được một mô hình gồm các tham số C0, L0, R0 nhưng đã bỏ qua ảnh hưởng của vầng quang và còn xem C0 là một hằng số

Phương pháp 3: Đưa vào đầy đủ các tham số, có tính đến ảnh hưởng của vầng quang nhưng chỉ là nêu một cách định tính, không có thuật toán chứng minh và cũng chưa vận dụng vào tính toán cụ thể

1 Phương pháp 1: Phương pháp này là phương pháp tính toán đơn giản nhất Theo phương pháp 1, từ phương trình cơ bản của đường dây dài ở tần số công nghiệp viết dưới dạng phức 1.2

υ

=

υ +

U I

l sh Z I l ch U U

l c

l 0

c l l

0

(1.2)

Khi xét ở chế độ xác lập (tần số nguồn) sẽ có các tham số:

: ảnh phức của áp và dòng ở đầu và cuối đường dây

l 0 l

U• • • •

Zc: Tổng trở sóng:

oC joG

oLjo

Rc

Z

ω+

ω+

β: hệ số biến đổi pha Khi bỏ qua Ro và Go thì (1.2) trở thành (1.5)

β

=

β+

UjI

lsinZIjlcosUU

l

l 0

l l

0

(1.5)

Trong (1.5)

o o o o

C L C

L Z ω

= β

=

3AC0500) Theo tài liệu [12] (Thiết kế đường dây trên không 330-500kV)

UjI

lcosUU

1 0

1 0

Hệ số truyền đạt áp lúc này:

l cos

1 U

U k

Khi l = 1500 km (đường dây 1/4 bước sóng)

i L x u

= υ

ư

∂

∂

v p

0 U x

2 2

1

v = (1.10)

Nghiệm của (1.9) sẽ là:

U = A.chυx + B.shυx (1.11) Trong đó A, B là các hằng số xác định từ các điều kiện biên Do ĐDD

được nối với nguồn áp có trị số không đổi và đường dây hở mạch đầu cuối nên

ta có điều kiện biên (1.12)

Uu0

Từ đó sẽ được:

lch

lshABp

=υ

o o t

x

p

o o

p

k

k k

F.p

e.HF

HUU

p.F

pH.Ul

ch.p

xlch.UU

k k

o

o k

k o

t

cos.A

41

U

l

vt.2

1k2cos.1

k2

.l

xl.2

1k2cos1

41Ut

l

x l 2

1 k 2 cos 1

1k2

v

Sự biến đổi của tần số cơ bản fo theo chiều dài đường dây được cho

số quá điện áp không thể lớn đến vô cùng được vì sự tồn tại của các tham số tổn hao Ro và Go

2 Phương pháp 2: Phương pháp này tiến bộ hơn phương pháp 1 ở chổ xét thêm ảnh hưởng của tổn hao Ro trên đường dây vào mô hình toán

Trong (Quá trình quá độ trong hệ thống điện) của V.A Venikov [14] cho rằng với các ĐDD tỉ số Ro/ωoLo nhỏ (khoảng 8%) nên có thể xác lập biểu thức gần đúng (1.18)

X

R.j1Z

υ = α + j β (1.20) Với:

=β

ω

=

o o

o o

CL

LX

(1.21)

Từ đó suy ra:

Z2

R.X2

β

≈ υ

l sin l Z 2

R j l cos l

ch

l.

.j 2Z

R ch l ch

Ro khá nhỏ nên

Z2

R.X2

R

ch o ≈ và

Z2

l

RZ2

l.

R j l cos U

2

1 (1.24) Với U1 là điện áp ở đầu đường dây, U2 là điện áp ở cuối đường dây

Đường dây 500 kV có chiều dài l = 1500km , dây dẫn 3AC0500

ảnh hưởng của vầng quang trên ĐDD

3 Phương pháp 3: Tiến bộ hơn phương pháp trên đã đề cập đến việc đưa đầy

đủ cả 4 tham số Ro, Lo, Go, Co vào mô hình ĐDD với các mức tính toán sau:

Mức A: Quan niệm tính cả 4 tham số nhưng chưa chứng minh bằng

toán học các biểu thức của υ, α, β, zc tương ứng và cũng vẫn chưa kể đến ảnh hưởng của vầng quang (nghĩa là nếu có nêu đầy đủ vẫn coi các tham số ấy là hằng số)

Nhược điểm chung của tất cả các phương pháp nêu trên là chưa đưa ra

được ảnh hưởng của vầng quang vào phương trình tính toán ĐDD ảnh hưởng này thể hiện ở hai tham số Go và Co Do ảnh hưởng của vầng quang nên trị số quá điện áp ở chế độ cuối đường dây hở mạch sẽ giảm đi nhiều so với khi không tính tới vầng quang Nếu mô tả được ảnh hưởng này sẽ tính được các giá trị thực của các kháng điện đặt trên ĐDD để hạn chế quá điện áp tới trị số cho phép (Đương nhiên trị số thực của kháng điện lúc này sẽ nhỏ hơn so với khi tính bỏ qua ảnh hưởng của vầng quang)

Mức B: Quan niệm tính đầy đủ 4 tham số và có kể cả đến ảnh hưởng

của vầng quang

Ta quan niệm như sau:

Sự phát sinh vầng quang trên ĐDD phản ánh trong sơ đồ thay thế là do xuất hiện các trị số điện dẫn phản kháng và điện dẫn tác dụng phụ ∆Co và

∆Go

Khi xuất hiện vầng quang các tham số đường dây dài sẽ là Ro, Lo, Co và

Go Lúc này Go đặc trưng cho tổn hao rò điện và tổn hao vầng quang

Ngoài ra còn có vầng quang điện tích mà nguồn phải cung cấp cho

đường dây tăng lên dẫn đến việc tăng trị số Go, như vậy lúc đó Co trở thành Co'

=

∆ +

=

o o

' o

o o

' o

C C

C

G G

G

∆

U

U1.C.G

1U

UC

C

vq o

o

vq o

ω+

=

ω+ω

+

=υ

' o

' o

o o

c

' o

' o o o

C jG

L jRZ

C jGL.jR

Các hệ số η, θ do các tác giả đưa ra là các hệ số được đúc kết bằng kinh

nghiệm vận hành và số liệu thực nghiệm nên tuy rằng chúng chưa được chứng

minh chặt chẽ bằng lý thuyết song có thể dùng được trong tính toán

xác định quá điện áp trên ĐDD kể tới đầy đủ các tham số và ảnh hưởng của

1.2 Phương pháp tính quá điện áp trên ĐDD hở mạch đầu cuối với hệ số hằng

1.2.1 Phương trình ĐDD khi có đầy đủ các tham số và khi chúng là hằng

số

Trên hình 2 , ta xét một vi phân dx của ĐDD cách điểm đầu đường dây

mục 1.1.2) Từ các định luật Kierkhoff I viết cho nút x và II viết cho mạch vòng đã đi đến hệ phương trình vi phân cho ĐDD

t

i L i R x u

o o

o o

I d

U j dt

U d

=ω

+

=

ư

=ω+

=ω+

o o

o

o o

o o

o

YUC

jGUUCjUGdx

Id

ZILjRIILjIRdx

Ud

o 2

2

o o

o 2

2

Y Z I dx

Y U d dx

I d

Y Z U dx

Z I d dx

U d

I d

U x

d

U d

2 2 2 2

2 2 2 2

•

υ

ư υ

•

x 2

x 1 c x

x 2

x 1 x

e k e

k Z

1 I

e k e

k U

Với

o

o o

o

o o

c

Y

Z C

.j G

L j R

ω +

ω +

Công thức (1.33) cho phép xác định dòng điện và điện áp tại các điểm

định theo các điều kiện biên

dòng và áp giữa hai điểm và chuyển về dạng lượng giác Hyperbolic

bất kỳ trên đường dây

υ

=

υ+

UlchII

lshZIlchUU

c

2 2

1

c 2 2

=

υ

ưυ

UlchII

lshZIlchUU

c

1 1

2

c 1 1

2

= ω +

ω +

=

β + α

= ω + ω

+

= υ

.j Z C

.j G

L j R Z

j l

.j R C j G

o o

o o

c

o o

o o

= +

ω

β

− α

= ω

−

b

2 G L R C

a L

C G

R

o o o o

2 2 o o

2 o o

Tõ (1.40.b) ta ®−îc:

α

ω + ω

=

β

2

G L R

o 2

4

G L R C

α

ω + ω

+ ω

+ +

2 o 2

2 o 2

o 2

2 o 2

o

2 o 4

2 o

2 o

L

R C

G C

L

G R 1

+

2 o 2

2 o

+

2 o 2

2 o

C

G 1

=

∆

2 o 2

2 o 2

o 2

2 o o

o 2

C

G 1 L

R 1 C L 4

o 2

2 o

10 96 , 0 314

10 4 L

R

−

−

= ω

vµ

10 96 , 0 314

10 2 , 1 C

G

2 3 2

16 2

o 2

2 o 2

o 2

2 o

L 2

R 1

L

R 1

ω +

≈ ω

+

Vµ

2 o 2

2 o 2

o 2

2 o

C 2

G 1

C

G 1

ω +

≈ ω

≈

∆

2 o 2

2 o 2

o 2

2 o o

o 2

C 2

G 1

L 2

R 1

C L 4

+ ω

+ ω

≈

∆

2 o

2 o 4

2 o

2 o 2

o 2

2 o 2

o 2

2 o o

o 2

C L 4

G R C

2

G L

2

R 1

C L 4

Do

o

o 2

o

2 o 4

2 o

2 o

C

L Z vµ 0 C L 4

G R

=

≈ ω

2

2 o o

o

Z

R 2 C L

R2CL4GR4CL

2

2 o o

o

2 o

o o

o 2 2

++

ω++

ω

−

=α

=

o o

o 2

2 o 2

ZG2GR4Z

R281

=

o o o 2

2 o

Z

R41

o o o o

o o

o o o o

ZGR

GLRCZZ

GZR

GLRC

+

+ω

=+

+ω

=β

o o o o

o o o o o o o

o

o o o

o o o o o

GLRC

CGLRCCL

C

L.GR

GLRCCoL

+

+

ω

=+

+

ω

=β

o

oCLω

o o

o o

o o

o o

c

C.jG

C.jGl.jRC

.jG

L.jRZ

ω+

ω+ω

+

=ω+

ω+

=

o o

o o

c

C.jG

.jC

.jG

Z

ω+

β+α

=ω+

0 0

0

0 0 0

0 0

CL

C

LrGR

CR21

CjGj

ω

−ω

+

ω

−β

+α

2 0 2 2 0

0 0

0 0

CG

CG

CG

ω+

ωα

−ββω

+α

=

2 0 2

2 0 2 2 0

0

0 0

0 0

2 0 2 0

C

CG

C

CG

jC

G1

.CC

ω

ω+

−β+

α+ω

βω

Do β = ω L0C0

Nªn Zc =

2 0 2

2 0

0

0 0

0 0

2 0 2 0

C

G1

C

CG

fC

G1

.CC

ω+

αω

−β+

α+ω

0 0

0 0

2 0 2 2

0

2 0 2

0 0

GC

GC

CZC

CxGC

GC

+ωβ

α+βωω

=βω

ω+

ω

α+βω

C

C

2 0 2

0 =ω

βω

Suy ra: ωC0 =

Zβ

ββ

2 0 2 2

0

GZ

GZ

.Z

γ =

2

2 2 0 2

2

0 2

2

Z

ZGZ

ZGZ

+β

αβ+β

0 2

0 2

ZG

ZG+β

α+β

(1.45)

* PhÇn ¶o:

- Zγ = Z

0

2 0 2 2

0

2 0 2

0 0

C

CxGC

GG

βω

ω+

ω

αω

−β

Z

1CZ

0 =β

ω

→β

- Zδ = Z

Z

1xGZ

ZG

2 0 2 2 0

+β

βα

−β

- Zδ = Z

2

+β

αβ

−β

Z

ZG

ZZZ

ZG

2 2 0 2

2 2

2 0

- Zδ = Z 2 2

0 2 0

ZG

ZG+β

αβ

−β

0 2

0

ZG

ZG+β

β

−αβ

(1.46) Nh− vậy ta đã tìm đ−ợc các biểu thức của α, β, Zc, γ, δ

R2

1

0 0

β + α

=

β + α +

β + α

U I

l j sh Zc I l j ch U U

2

2 1

2 2

1

Zc = Z (γ - j δ) Các biểu thức của α, β, γ, δ tính theo (1.43) và (1.46)

1.2.3 Phương trình ĐDD trong một số trường hợp đặc biệt

a/ Phân tích quá trình quá độ ở chế độ cuối đường dây hở mạch:

l

jchUU

1 2

2 1

A =

l sh l cos

l cos l ch

lsinlch

2

2β + α

βα

(1.49) Giá trị hiệu dụng

U2 = U1

lshlcos

UB

A

2 2

1 2

2

α+β

=

l sh l cos

1 U

U

2 2

1

2

α + β

b/ Phương trình ĐDD khi đó sử dụng kháng diện bù ngang :

Như đã nêu trong mục 1.1, Giá quá điện áp nội bộ trên các ĐDD đặc biệt là đường dây 330 kV trở lên có thể làm cho trị số của số bội quá điện áp

K vượt quá trị số cho phép nhất là ở chế độ cuối đường dây hở mạch Biện pháp quan trọng nhất để hạn chế quá điện áp nội bộ trên là đặt các kháng điện

bù ngang trên đường dây Tuỳ theo trị số, số lượng và vị trí đặt của kháng

điện, số bội quá điện áp K sẽ giảm đi hay nói khác đi có thể khống chế K đến bao nhiều tuỳ ý nếu lựa chọn được kháng điện thích hợp

Dưới đây ta sẽ đặt và giải bài toàn trong trường hợp tổng quát: tìm phương trình cho hai nút kế tiếp nhau bất kỳ trên đường dây

Sơ đồ tổng quát để tính toán cho trên hình 1.3

ở đây O là điểm đầu

n là điểm cuối đường dây

n kháng điện Xqi đặt ở các vị trí bất kỳ

Mỗi đoạn có chiều dài lK và tổng trở sóng Zck khác nhau

Xét đoạn bất kỳ giữa hai nút K và K-1 Đoạn đường dây giữa các nút này có chiều dài lK và tổng trở sóng Zck

Ký hiệu các loại dòng điện được cho như trên hình 4

=

β+α+

β+α

C K K K K

C

K 1

K

K K K

C K K K K

K 1 k

ljsh

Z'Iljch

Z'Iljch

UU

K K

K

) (1.52)

Do:

1 K q

1 K 1

K 1 K

jx

U

"

I 'I

1

K K K

C K K K K

q

K

jx

l j sh

Z 'I l j ch

β +

K K K

C

K K K

K 1

l j ch

Z

l j sh

+ α

−

•

1 K

K

q

K K K

C K K K

K

jx

l j sh

Z l j ch

'

ở đây sẽ sử dụng (1.52) và (1.54) làm cơ sở cho thuật toán xác định áp

và dòng tại các nút K-1 theo nút K tiếp theo nghĩa là xác định

1 K 1

K vàI''

+

=

++

β+

K K

K K 1 K

K K

K K

K K 1 K

HjG'IFjEU'

I

DjC'Ij

AU

K j K C

K K j K

jx

chZ

lsh

−

βα+β

K K K

K K

K K

K K

j K

K j K K

K K j K

Z

lsinljchl

coslshZ

lsh

δ+γ

βα

+βα

δγ

=δγ

β

− +

K K K

K K K K K

K K K

j K K

K K j K

Z

lsinlchl

coslshZ

lsh

δ+γ

βα

δ+βα

γ

=δγ

βα

− +

+ j ( 2 )

K

2 K K

K K K

K K K K K

K K

Z

lsinlchl

coslsh

δ+γ

βα

γ+βα

δ

1 K

K 1

K

K 1

K

K j K

1 K

K K j K

xq

Ajxq

Bjxq

BAjxq

lsh

K K K

K K K K K

K K

Z

lsinlchl

coslsh

δ+γ

βα

δ

−βα

γ

(1.60)

K 2

K

2 K K

K K K

K K K K K

K K

xq

AZ

lcoslchl

sinlsh

−

−δ

+γ

βα

δ+βα

γ

(1.61)

GK+jHK = ch(αK+jβK)lK + ( )

1 K

q

K K j K CK

jx

l sh

K j K

jx

D C

− +

= AK + j BK +

1 K 1

K q

K

x

C j x

• +

2 K

2 K

2 K

' K K

2 K

2 K

2 K

2 K

2

Gäi: ϕUk lµ gãc pha cña UK

2 K

K

C

D arctg

; A

2 K

' K

2 K

2 K K

uK

2 K

2 K

' K K

cos D C I B A U

sin D C I arctg

u

ϕ

∆ +

+ +

ϕ

∆ +

'

• +

2 K

2 K

2 K

' K K

2 K

2 K

2 K

2 K

2 K

K

K

G H

Góc pha của dòng điện i'K-1 có trị số bằng:

Với:

iK

2 K

2 K

' K

2 K

2 K K

iK

2 K

2 K

' K iK

cos H G

I F E U

sin H G

I arctg

ϕ

∆ +

+ +

ϕ

∆ +

=

Các công thức từ (1.48) đến (1.70) cho phép xác định áp và dòng tại các nút bất kỳ từ các số liệu tương ứng ở nút tiếp theo và do đó cho phép xác định

được áp và dòng (kể cả góc pha và trị số hiệu dụng) trên toàn bộ đường dây trong trường hợp tổng quát khi có đặt các thiết bị kháng bù ngang

1.3 Phương trình của ĐDD khi có xét đến ảnh hưởng của

áp phát sinh vầng quang Uvq

Lúc đó các trị số Co và Go thay đổi và lấy các giá trị C'o và G'o

C'o và G'o được xác định bởi các công thức:

C'o = Co + ∆ Co G'o = Go + ∆Go

U Co

Co

U 1

Sự phụ thuộc của C'o và G'o vào điện áp U trên đường dây khiến hệ phương trình vi phân cơ bản của ĐDD kể đến, đầy đủ các tham số (1.28) trở thành hệ phương trình vi phân phi tuyến Bởi vì chỉ có thể xác định phân số áp

t

iLiRxu

o o

o o

1.72)

Trong (1.72) G'o và C'o lại phụ thuộc vào áp trên đường dây theo (1.71) Để xác định thuật toán khi có xét vầng quang sẽ bắt đầu nghiên cứu trên một vi phân dài theo hình 5

i"K-1 i'K

dx

Hình 5 Viết phương trình dòng áp cho vi phân dx:

dt

didxLdxiRUU

' o

' o K

"

1 K

o o

K 1 K

Trong (1.73) khi dx đủ bé để có thể xem G'o và C'o giữ giá trị không

đổi trong đoạn đường dx và khi quá trình tính toán được tiến hành theo chiều ngược từ nút K đến nút K-1 thì (1.73) được biến đổi theo dạng phức số thành:

+

=

ư

ω+

1 K

K K

1 K

Udxo'Cjo'G'

I

"

I

'IdxLojRoU

ν

=ω+

KZc

K'

oCj

'oG

KKZcLojoR

K K

1 K

K K K K

1 K

UdxZc'

I

"

I

'IdxZc

UU

ν

=

ν+

K 1

K

K K K K K K K 1 K

lshZc'IlshZc

U

"

I

lshZc'IlchUU

≈ν

≈ν

K K K K

K K

ll

sh

1lch

+

=

ν+

K K K 1 K

K K K K K

1 K

UZc

l'

I

"

I

'IlZcU

U

(1.87)

So sánh (1.75) với (1.77) ta thấy điều kiện tương đương đã được chứng minh khi thay thế lẫn nhau giữa dK và lK Điều này chứng tỏ rằng có thể tính toán gần đúng phân bố áp trên đường dây dài (kẻ dầy đủ các tham số) khi có vầng quang bởi hệ các công thức (1.55) - (1.70) với điều kiện phải chọn lK đủ

bé và thay thế Co, Go bởi C'o và G'o

1.3.2 Xác định phân bố áp trên ĐDD hở mạch đầu cuối khi xét đến vầng quang

1 Trên đường dây không đặt kháng điện:

Xét sơ đồ đơn giản nhất của ĐDD hở mạch đầu, cuối và không có thiết

x

nn

l ,Zc

n-12

1

Hình 7 Quá trình tính toán sẽ vận dụng hệ công thức (1.52) - (1.70) với các

π

Ta tính dẫn điện áp tại các nút n-1, n-2 v.v và chú ý rằng ở mỗi đoạn

đường dây khi tính phải xác định lại các tham số G'o và C'o theo (1.81) vì chúng phụ thuộc vào độ lớn của điện áp Trong trường hợp Uvq < U thì G'o

và C'o sẽ lấy các giá trị Go và Co

Quá trình tính tiếp tục cho từng km đường dây cho tới khi tính được

điện áp đầu đường dây Uo Thực chất với phương pháp sai phân như trên, sai

số để giải hệ phương trình vi phân phi tuyến (1.72) là không đáng kể

Tiếp tục cho Un nhiều giá trị khác nhau sẽ được nhiều kết quả tương ứng và sẽ nhận được các quan hệ Uo (Un); U1 (Un); U2 (Un) , Un-1 (Un) ứng với từng chiều dài l như trên hình 8

* = ) ta sẽ có được trị số điện áp thực tại tất cả các

điểm tính toán trên đường dây ở chế độ cuối đường dây hở mạch đã xét đến

ảnh hưởng của vầng quang tức là đường phân bố áp dọc theo x ở chiều dài l cho trước (xem chiều mũi tên trên hình 8)

2 Trên đường dây có đặt kháng điện :

Trường hợp có đặt thiết bị kháng bù ngang ở cuối đường dây để giảm

quá điện áp nội bộ thì quá trình tính toán vẫn được tiến hành tương tự như trên

và chỉ thay đổi ở nút cuối đường dây n Khi đó xqn ≠ ∞ nên trong tính toán sẽ

có các tham số:

2'

;x

U

q

n '

n

n

π

=ϕ

ưϕ

=

ở đây việc đưa các trị số của kháng bù ngang được tính như sau:

Ký hiệu q là công suất kháng điện ở hệ đơn vị tương đối:

tn

P

Q

q =

Trong đó: Q: công suất thực của kháng điện

Ptn; công suất tự nhiên của đường dây

Do đó: Ptn =

Z

U2 U: điện áp đường dây (KV) Z: tổng trở sóng (Ω) khi không kể đến tổn hao

Z.xq

có q =1 thì điện kháng của kháng điện sẽ lấy đúng bằng tổng trở sóng đường dây (không tính tổn hao) xq = Z Cụ thể là:

Ro = 2.10-2 Ω/Km; Lo = 0,96 10-3H