Tính toán quá điện áp quá độ trong trạm biến áp cách điện khí

Tìm ra nguyên nhân gây hư hỏng thiết bị do đóng cắt gây ra VFTO, tính toán thiết kế lựa chọn thiết bị và đặc tính phối hợp cách điện cho phù hợp với mức độ VFTO gây ra, hạn chế VFTO để n

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

- oOo -

NGUYỄN THANH HUY

TÍNH TOÁN QUÁ ĐIỆN ÁP QUÁ ĐỘ TRONG TRẠM BIẾN

Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại Học Bách Khoa-ĐHQG-HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học 1: TS NGUYỄN NHẬT NAM

ĐẠI HỌC QUỐC GIA CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Nghiên cứu và đề xuất giải pháp hạn chế quá điện áp

quá độ VFTO cho trạm biến áp cách điện khí:

điện khí và xem xét đánh giá quá điện điện áp quá độ gây ra

- Xem xét đề xuất giải pháp để hạn chế quá điện áp quá độ ở một trạm biến áp cụ thể ở Việt Nam Nhằm bảo vệ thiết bị và tính khả thi khi áp dụng vào lưới điện

IV CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: 1 TS NGUYỄN NHẬT NAM

LỜI CẢM ƠN

Học viên thực hiện đề tài “TÍNH TOÁN QUÁ ĐIỆN ÁP QUÁ ĐỘ TRONG TRẠM

BIẾN ÁP CÁCH ĐIỆN KHÍ” xin trân trọng gởi lời cảm ơn chân thành đến:

1 Thầy Nguyễn Nhật Nam, Tiến sĩ, phòng TN & TT Điện, Khoa điện – điện tử, trường Đại Học Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh và thầy Vũ Phan Tú, Phó giáo sư-Tiến sĩ, Phó trưởng ban ĐH & SĐH ĐHQG TP.HCM, đã hướng dẫn toàn bộ nội dung luận văn và giới thiệu phần lớn tài liệu tham khảo

2 Các Thầy, Cô bộ môn Hệ thống điện - Khoa Điện- Điện Tử; Phòng Quản Lý Sau Đại Học giúp ý kiến và thực hiện trình thủ tục, công tác học vụ, tạo điều kiện tốt nhất để tôi thực hiện luận văn này

3 Các Bạn đồng nghiệp đang công tác tại Công ty Truyền tải điện 4, Công ty

Cổ phần tư vấn điện 2 và Công ty Hyosung đã giúp đỡ tôi có dữ liệu cơ sở

để hoàn thành luận văn

Trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn, vì thời gian và trình độ có hạn nên không tránh khỏi những thiếu sót Rất mong nhận được ý kiến đóng góp của Quý thầy, cô và bạn bè đồng nghiệp

Xin chân thành cảm ơn!

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Ở nước ta hiện nay chưa có công trình nghiên cứu hoàn chỉnh nào về mô phỏng quá độ trong trạm GIS, đề tài áp dụng thực tế trạm 220kV GIS Bình Tân để mô phỏng đóng cắt quá độ, trạm biến áp lớn và hiện đại nhất Việt Nam hiện nay

Luận văn này sử dụng chương trình ATP/EMTP để xây dựng mô hình mô

trong việc đóng cắt DS Phân tích những ảnh hưởng dẫn đến quá điện áp Phân tích những nguy hại của VFTO đến thiết bị Tìm ra những giải pháp hạn chế được VFTO khi đóng cắt DS

Tìm ra nguyên nhân gây hư hỏng thiết bị do đóng cắt gây ra VFTO, tính toán thiết kế lựa chọn thiết bị và đặc tính phối hợp cách điện cho phù hợp với mức độ VFTO gây ra, hạn chế VFTO để nâng cao chất lượng điện năng, vận hành tin cậy

và mang lại lợi ích kinh tế

In our country there is currently no complete studies regarding transition simulation GIS substation, practical application threads 220kV GIS Binh Tan to simulate switching transients, transformer stations and most modern large Viet Nam today

This thesis use the program ATP / EMTP to build simulation models in GIS switching transients Simulation and computation overvoltage transients in switching DS Analyzing the effects lead to overvoltage Analysis of VFTO harm

to the device Find solutions VFTO limiting when switching DS

Find out what caused equipment damage caused by switching DS, computational design and equipment selection and coordination insulating properties suitable for causing VFTO level, limiting VFTO to improve power quality performance, reliable operation and economic benefits

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn này là nghiên cứu của riêng tôi

Các kết quả nêu trong luận văn chưa được công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Các số liệu, ví dụ, trích dẫn đảm bảo tính chính xác, tin cậy và trung thực

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 28 tháng 12 năm 2015

NGƯỜI CAM ĐOAN

Nguyễn Thanh Huy

MỤC LỤC

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU TRẠM GIS 220kV BÌNH TÂN 3

1 MÔ TẢ HỆ THỐNG GIS 220kV 3

1.1 Thanh cái (Bus bar): 4

1.2 Máy cắt (CB): 6

1.3 Biến dòng điện (CT): 7

1.4 Biến điện áp 8

1.5 Dao nối đất thanh cái và nối đất đường dây 9

1.6 Dao nối đất bảo trì 10

1.7 Ống dẫn thanh cái (G/A BG – GAS TO AIR BUSHING): 10

1.8 Ống dẫn thanh cái (CHD – CABLE SEALING END): 12

1.9 Dao cách li (DS) 14

1.10 Gối đỡ thanh dẫn điện (INSULATOR): 16

1.11 Thiết bị giải phóng áp suất 16

1.12 Sứ xuyên 17

1.13 Khí SF6 (Sulpher-Hexa-Fluoride) 18

CHƯƠNG II TÍNH TOÁN MÔ HÌNH MÔ PHỎNG VFTO 21

2.1 Những ưu và nhược điểm của trạm GIS so với trạm biến áp thông thường 21

2.2 Hiện tượng quá điện áp quá độ trong GIS 21

2.2.1 Các hiện tượng VFT (Very Fast Transient) trạm GIS 21

2.3 Đặc điểm VFTO 22

2.4 Những hiện tượng xảy ra trong quá trình tạo VFTO 23

2.5 Biện pháp giảm VFTO 27

2.6 Những mô hình mô phỏng đã thực hiện 27

2.7 Xây dựng mô hình mô phỏng VFO trạm Gis 220kV Bình Tân 32

2.7.1 Tính toán lựa chọn thiết bị cho mô hình VFTO 32

2.7.1.1 Thông số thiết bị và tính toán cho mô hình mô phỏng 43

2.7.1.2 Ngăn lộ máy biến áp 50

2.7.1.3 Thông số ngăn lộ đường dây 54

2.7.1.4 Thông số ngăn lộ kết dàn hai thanh cái 57

2.9.1 Sử dụng vòng sắt từ 86

2.9.2 Điện trở mắc shunt với tiếp điểm cố định DS 94

CHƯƠNG III KẾT LUẬN 98

CHƯƠNG IV TÀI LIỆU THAM KHẢO 99

Tài liệu tham khảo 99

PHỤ LỤC 1 106

PHỤ LỤC 2: MODE 1 111

PHỤ LỤC 3: MODE 2 116

PHỤ LỤC 4: MODE 3 120

PHỤ LỤC 5: MODE 4 124

PHỤ LỤC 6: MODE 5 129

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU TRẠM GIS 220kV BÌNH TÂN

1 MÔ TẢ HỆ THỐNG GIS 220kV

Hình 1 Hệ thống Gis 220kV Bảng 1 Chú thích hình 1

đường dây

kế theo dạng môđun có ưu điểm là dễ dàng vận hành, lắp ráp, ít bảo trì và rất linh hoạt cho việc mở rộng trạm trong tương lai, thiết bị có cấu trúc gọn nhẹ, được đặt kín trong nhà nên ít chịu ảnh hưởng của môi trường

1.1 Thanh cái (Bus bar): được phân cách thành từng vùng khí riêng bằng các

Spacer kín khí (stop spacer ), ngoài ra còn có các gối đỡ phụ ở những thanh dẫn dài (insulator) Trong nội bộ từng vùng khí có các Spacer thông khí (hole spacer) ở

từng môđun mỗi ngăn lộ theo yêu cầu thiết kế và tạo nên một bộ gồm các dao cách

ly thanh cái và dao tiếp địa bảo dưỡng máy cắt

Hình 2 Thanh cái loại ba pha chung phía 110kV

Hình 3 Thanh cái loại ba pha rời phía 220kV

Hình 4 Cấu tạo Spacer

 Sự khác biệt giữa đường ống ba pha chung và ba pha rời:

Bảng 2 Phân biệt các loại đường ống

chung

Loại ba pha rời

pha

Chỉ có sự cố một pha

1.2 Máy cắt (CB): 3 pha rời dùng khí SF6 để cách điện và dập hồ quang có cơ cấu truyền động đóng cắt bằng lò xo

Hình 5 Cấu tạo CB

Hình 6 Cấu tạo các tiếp điểm CB

MOVING ARCING CONTACT COVER

NOZZLE

INSULATION TUBE

STATIONARY ARCING CONTACT

STATIONARY MAIN CONTACT PUFFER

CYLINDER

Hình 7 Trạng thái CB đóng

1.3 Biến dòng điện (CT): dùng để đo lường và bảo vệ kiểu lõi hình xuyến, bố trí trước và sau máy cắt, cách điện sơ cấp bằng khí SF6, nên tuổi thọ rất cao

Hình 8 Biến dòng điện Bảng 3 Chú thích hình 8

CONTACT BASIC STATIONARY ARCING

CONTACT

MOVE ARCING CONTACT

INSULATION COVER PUFFER CYLINDER INSULATION NOZZLE

CT

1.4 Biến điện áp : đo lường và bảo vệ thứ cấp gồm có 2 dây quấn

Đầu đấu nối cáp đường dây thích hợp với mọi loại cáp cao áp có tiết diện lên

1.5 Dao nối đất thanh cái và nối đất đường dây : là loại dao tốc độ cao có khả năng

đóng dòng ngắn mạch hoàn toàn, xả dòng cảm ứng, dòng dung xuống đất, khả năng chịu đựng dòng trong thời ngắn, đạt được tốc độ đóng cao nhờ cơ cấu tác động lò xo truyền động bằng động cơ, có thể thao tác bằng tay

Hình 11 Dao tiếp địa đường dây Bảng 5 Chú thích hình 11

1.6 Dao nối đất bảo trì : được đặt trước và sau máy cắt truyền động bằng động cơ

Hình 12 Dao tiếp địa bảo trì thiết bị

Hình 13 Sứ xuyên loại Gas to air

Hình 14 Ống dãn nở dạng lò xo(below) và gối đỡ thanh dẫn cách điện

1.8 Ống dẫn thanh cái (CHD – CABLE SEALING END): đƣợc nối trực tiếp từ thiết

bị GIS đến sứ xuyên của cáp ngầm bên trong nhà GIS (bên trong sứ xuyên là cáp ngầm, bên ngoài sứ xuyên là khí SF6)

Hình 15 CHD Cable Sealing end

Hệ thống GIS 220kV đƣợc trang bị đồng hồ giám sát mật độ khí SF6 có bù nhiệt cho từng thiết bị, với mỗi loại thiết bị áp suất khí SF6 định mức sẽ khác nhau:

Hình 16 Cấu tạo modul đầu nối cáp ngầm (Cable sealing end)

Bảng 7 Chú thích hình 10

1.9 Dao cách li (DS)

DS là thiết bị đóng cắt nhằm cô lập thiết bị, đường dây hoàn toàn DS đóng cắt không điện hoặc có điện nhưng không tải Có hai loại DS được sử dụng:

Hình 19 Loại DS-Line, ES, CT chung một Modul

SPACER

DS CT

ES

CT

Hình 17 Loại DS-Bus và ES chung một

module nối vào thanh cái

Hình 18 Loại DS-Bus và CT chung một module nối vào thanh cái

Hình 20 DS-Line Bảng 8 Chú thích hình 20

1.10 Gối đỡ thanh dẫn điện (INSULATOR):

Hình 22 Gối đỡ thanh dẫn Bảng 9 Chú thích hình 22

1.11 Thiết bị giải phóng áp suất : Thông thường khi áp suất khí SF6 tăng cao đến

lực đường ống

Hình 23 Thiết bị giải phóng áp suất

Có hai loại sứ xuyên:

GIS đến dầu sứ xuyên máy biến áp

ra ngoài không khí

Hình 24 Cấu tạo sứ xuyên loại: Gas to oil

1.13 Khí SF6 (Sulpher-Hexa-Fluoride)

C

Hình 26 Đặc tuyến làm việc khí SF6

2 Giới thiệu trạm Gis 220kV Bình Tân

Hình 27 Sơ đồ đơn tuyến Gis 220kV Bình Tân

Hình 28 Sơ đồ lắp đặt thiết bị Gis 220kV Bình Tân

Sơ đồ phía 220kV là sơ đồ 2 hệ thống thanh cái có máy cắt kết giàn có chỉ danh

212, hiện tại bố trí 02 MBA 250MVA- 220kV/110kV.( giai đoạn 2 bố trí thêm 1 MBT 250MVA)

Phần trạm 220kV được thiết kế liên hệ với các trạm lân cận qua các đường dây: Đường dây Bình Tân – Cầu Bông1 (D02): đầu Bình Tân CB 271 (D02) - đầu Cầu Bông1 – (tương lai)

Đường dây Bình Tân – Cầu Bông2 (D03): đầu Bình Tân CB 272 (D03) - đầu Cầu Bông2 - (tương lai)

Đường dây Bình Tân – Phú Lâm : Đầu Bình Tân CB 273 (D07) - đầu Phú Lâm

Hiện tại trong giai đoạn đầu chỉ có : Vận hành 2 ngăn đường dây và 2 ngăn MBA như sau

Đường dây Bình Tân – Phú Lâm : Đầu Bình Tân CB 273 (D07) - đầu Phú Lâm

CHƯƠNG II TÍNH TOÁN MÔ HÌNH MÔ PHỎNG VFTO

2.1 Những ưu và nhược điểm của trạm GIS so với trạm biến áp thông thường

2.1.1.Những ưu điểm:

Diện tích lắp đặt khoảng 10% so với trạm biến áp thông thường.Trạm GIS có thể lắp đặt nơi dưới lòng đất, trong nhà, khu vực đông dân cư, ven biển, khu công nghiệp, đô thị, đặt gần trung tâm phụ tải để giảm tổn thất truyền tải và phân phối Trạm GIS không ảnh hưởng bởi khí quyển và môi trường, giảm thiểu mất điện và nâng cao độ tin cậy, chi phí bảo trì thấp Giảm thiểu nhiễu sóng điện từ với việc nối đất hệ thống đường ống bên ngoài

2.1.2.Những nhược điểm:

Mặc dù GIS đã được hoạt động trong nhiều năm, rất nhiều vấn đề gặp phải trong thực tế Đóng cắt gây ra quá điện áp nhanh (Very Fast Transient Overvoltage-VFTO) VFTO có thể gây ra sự cố bên trong GIS và quá độ điện áp ngoài (Transient Enclosure Voltage-TEV) bên ngoài GIS Hiện tượng phóng điện hồ quang kéo dài sinh ra những chất độc hại của sản phẩm khí SF6, hư hỏng cách điện Ảnh hưởng quá độ điện trường và quá độ từ trường Từ trường không đồng đều làm giảm khả năng chịu đựng của thiết bị Spacer có thể bị hư hỏng khi các sản phẩm của hồ quang à nguyên tử kim loại gây ra

2.2 Hiện tượng quá điện áp quá độ trong GIS

2.2.1 Các hiện tượng VFT (Very Fast Transient) trạm GIS

Các hiện tượng quá độ trong GIS được mô tả theo sơ đồ bên dưới, trong đó hiện tượng VFTO mang mức độ ảnh hưởng nghiêm trọng nhất đến thiết bị GIS và cách điện[1]

Hiện tượng VFT trạm GIS (Very Fast Transient)

Quá độ điện từ bức xạ ra từ đường

ống

Quá điện áp FTO của đường dây truyền tài ngoài trời

Ảnh hưởng đến mạch nhị thứ

Ảnh hưởngđến thiết bị cao áp xung quanh

TEMF (Transient Electromagnetic Voltage)

FTO (Fast Transient Overvoltage)

Hình 29 Hiện tượng VFT trạm GIS

2.3 Đặc điểm VFTO

Từ những nhược điểm trên VFTO trong trạm GIS được xem như là vấn đề quan trọng để thiết kế cách điện và phân tích những sự cố trong GIS VFTO sinh ra do quá trình đóng cắt sự cố đường dây, sự phóng điện bên trong đường ống VFTO là

sự lan truyền sóng, sóng VFTO sẽ lan truyền ra bên ngoài thông qua sứ xuyên, cáp ngầm, biến dòng…nguy hiểm cho thiết bị bên ngoài nối với GIS, làm hỏng cách điện, nhiễu điện từ làm hư hỏng thiết bị điện tử, ảnh hưởng đến thiết bị điều khiển

và bảo vệ.[2]

Ngoài ra việc điều khiển đóng cắt DS và CB thì mức độ sinh ra VFTO do đóng cắt DS lớn hơn do cấu tạo CB có buồng dập hồ quang hạn chế được mức độ VFTO mặc khác tốc độ di chuyển của DS chậm nên khi mở sẽ gây ra phóng điện lặp lại (restrick) trước khi cắt hoàn toàn Sóng VFTO sẽ lan truyền ra hai phía của tiếp điểm DS, phản xạ lại tại các thiết bị khác trong GIS tạo nên dạng sóng rất phức tạp[3]

Do trạm GIS nhỏ gọn nên quá trình truyền sóng VFTO xảy ra trong khoảng một vài nano giây và có dãy sóng lan truyền bên trong Cấu hình GIS cũng ảnh hưởng đến giá trị đỉnh của điện áp quá độ Vận tốc sóng lan truyền trong quá trình vận hành DS là khoảng 30cm/ns[4]

Trong trường hợp đường dây chạm đất, điện áp sẽ giảm xuống tại nơi xảy ra chạm đất cũng giống như phóng điện lập lại tại hai tiếp điểm trong quá trình mở

DS Trong trường hợp này có một sóng đột biến được bơm vào Ví dụ về nguồn đột biến trong GIS thì có hai dạng sóng đột biến được tạo ra và có hai hướng trái chiều nhau về hai phía tiếp điểm DS Tuy nhiên nếu điểm sự cố xảy ra ở cuối GIS thì có một sóng lan truyền trên thanh cái[5]

Hình 30 Dạng sóng VFTO (theo tiêu chuẩn IEC 60071-4) 3ns < Tf < 100ns ; 0,3Mhz < f 1 < 100Mhz ; 30Khz < f 2 < 300Khz

2.4 Những hiện tượng xảy ra trong quá trình tạo VFTO

vượt quá mức cách điện của khí SF6 ở giữa chúng Mõi lần “restrick” và

“prestrick” lại sinh ra một tia lửa điện có điện áp bằng với điện áp giữa hai tiếp điểm Sau khi tia lửa điện bị dập tắt, điện áp phía tải và phía nguồn sẽ bị chênh lệch nhau, tia lửa điện tiếp theo xảy ra khi có sự chênh lệch áp nguồn và tải với điện áp đánh thủng[4]

Số lượng tia lửa điện phóng ra phụ thuộc vào tốc độ dịch chuyển của DS, phá hủy một cách đột ngột cách điện sẽ làm tăng độ lớn của bẫy năng lượng (trapped charge) và dạng sóng đi qua trong GIS[6]

Khi xảy ra hiện tượng đánh thủng cách điện khí SF6 nó được kết hợp lại rất nhanh, vì nó có đặc tính phân cực cao Vì thuộc tính này thời gian “restrick” và

“prestrick” sẽ tăng lên trong khoảng thời gian nano giây, do đó VFTO chủ yếu là dựa vào thuộc tính của khí SF6.VTFO được tạo ra với độ dốc điện áp và tần số lớn[7]

Sự đánh thủng khí SF6 bắt đầu là sự bức xạ electron, bức xạ từ trường hay một vài hiện tượng bức xạ electron khác Những electron này được gia tốc bởi điện trường do đó làm tăng động năng của nó và số lượng electron sẽ tăng lên bởi sự va chạm của chúng[7]

2.4.2 Bẫy năng lượng (Trapped charge)

Sau khi mở dao cách li sẽ có bẫy điện áp (trap charge voltage) duy trì trên tiếp điểm DS bên phía tải sau khi xảy ra “restrick” (phóng điện lặp lại) cuối cùng Bẫy năng lượng sẽ phóng ra từ từ qua Spacer và thiết bị khác (thời gian duy trì hàng giờ hoặc hàng ngày) do đó trong quá trình đóng lặp lại điện áp này cũng phát sinh ra quá điện áp[14,15] Tuy nhiên trong quá trình “restrick” điện áp này cũng gây ảnh hưởng đến sự phát sinh quá điện áp Giá trị của “trap charge votage” này khoảng 0.3 pu – 0.6 pu Tuy nhiên đặc tính phối hợp cách điện được yêu cầu phân tích cho trường hợp làm việc xấu nhất hệ thống vì vậy đặt giả thiết rằng giá trị trap charge voltage là -1 pu điện áp danh định hệ thống, trong khi điện áp phía nguồn là 1 pu

và tần số điện áp cao nhất Điều đó làm chênh lệch điện áp giữa các tiếp điểm của

DS trong quá trình xảy ra phóng hồ quang[6] Trong quá trình đóng DS,

“prestrick” (phóng điện sớm) xảy ra khi chênh lệch điện áp giữa phía nguồn và tải

trì một bẫy điện áp mà còn tồn tại trong các quá trình hoạt động trước đó Qúa trình VFT phụ thuộc vào điện áp giũa các tiếp điểm của DS trước khi xảy ra đánh thủng cách điện do đó biên độ của VFTO phụ thuộc vào bẫy điện áp này

AC

Supply voltage

Load voltage

chịu đựng DS Đặc tuyến tuyến điện áp chịu đựng DS dựa trên đặc tuyến

“breakdown voltage” (BDV) là một yếu tố rất quan trọng trong việc điều khiển

Ta có thể xây dựng đặc tuyến BDV theo phương trình sau: U = A(t-toperation) +B;

của đặc tuyến BDV

- BDV phi tuyến: điện áp được xác định bởi thí nghiệm điện áp xung sét và điện

áp chịu đựng AC cho những khoảng cách khác nhau của tiếp điểm

Hình 31 Mô hình ATP/EMTP DS, r-sử dụng khối TACS điều khiển kháng trở phụ thuộc theo thời gian, Us-điện áp nguồn, U L -điện áp phía tải

Hình 32 Đặc tuyến BDV tuyến tính

Hình 33 Đặc tuyến BDV phi tuyến

2.5 Biện pháp giảm VFTO

Đóng cắt không tải thanh cái trong GIS gây ra nhiều phóng điện sớm (prestrick)

và phóng điện lặp lại (restrick) giữa hai tiếp điểm của DS, sinh ra dạng sóng có độ dốc lớn lan truyền trên thanh cái và sóng phản xạ rất nhanh trong hệ thống GIS VFTO có biên độ và độ dốc lớn Để tránh nguy hại do VFTO bằng cách bố trí thiết bị và thực hiện đúng quy trình vận hành DS Tuy nhiên đó là một khó khăn lớn trong thiết kế và điều khiển thiết bị GIS Hoặc sử dụng DS tốc độ cao để giảm VFTO, điều này làm giảm sự lan truyền VFTO nhưng không thể giảm được VFT

hoàn toàn Một phương pháp mới là đặt vòng sắt từ trên thanh cái có thể tăng điện

kháng cho thanh cái và cản trở sự lan truyền sóng qua, tiêu thụ năng lượng của

sóng và giảm được VFTO[2]

2.6 Những mô hình mô phỏng đã thực hiện

2.6.1 Mô hình đóng DS vào đường dây không tải

Kết quả phân tích điện áp tại các vị trí trọng yếu được thể hiện trong hình 36

Hình 35 Mô hình ATP-EMTP

Hình 36 Kết quả đo điện áp khi đóng DS

Trong ví dụ này, điện áp dây hệ thống là 220 kV do đó áp pha hệ thống là 127 kV Trong mô hình, CB (Ccb) đang mở, khi đóng DS, điện áp pha tại CVD lên đến gần

150 kV và áp cuối đường dây tại VT (PT) lên đến 20 kV Như vậy, ngay khi đóng đường dây không tải điện áp quá độ tăng lên rất cao

2.6.2 Mô hình mở DS trong trạm GIS 550kV

Hình 37 Hệ thống điện 550 kV[9]

Tương tự như ví dụ trên, mô hình ATP-EMTP cho trường hợp mở DS-50543 khi

CB-5054 và DS-50546 đã mở được thành lập trong hình 38 để thay thế cho trạm trong hình 37 Kết quả phân tích quá điện áp tại một số vị trí quan trọng được thể hiện trong các hình 39-41

Hình 38 Mô hình ATP-EMTP

Hình 39 Kết quả điện áp nút 17s

Hình 40 Kết quả điện áp nút TR4

Hình 41 Kết quả điện áp nút 12UA

Sau khi mở DS-50543, điện áp quá độ pha tại nút 17s là 780kV, nút TR4 là 460kV, nút 12UA là 500kV Vị trí gần DS-50543 khi mở sẽ xảy ra hiện tƣợng

“restrick” làm điện áp tăng cao trong thời gian ngắn, sau đó lan truyền đến các nút 12UA, TR4 với biên độ điện áp nhỏ hơn

2.6.3 Mô hình mở DS trong trạm GIS 245kV

Hình 42 Mô hình ATP-EMTP trạm GIS 220 kV [10]

Hình 43 Kết quả mô phỏng tại nút 21 và 46

Sau khi đóng DS, điện áp quá độ tại nút 21 cuối đường ống tăng lên cao khoảng 2.6 pu do ảnh hưởng của sóng phản xạ cuối đường dây, sóng lan truyền đến VT cuối đường dây tại nút 46 là 1.83pu

2.7 Xây dựng mô hình mô phỏng VFO trạm Gis 220kV Bình Tân

2.7.1 Tính toán lựa chọn thiết bị cho mô hình VFTO

Chất lượng của quá trình mô phỏng phụ thuộc của mỗi phần tử trong mô hình GIS (Gis component) Để đạt được kết quả hợp lý với khoảng thời gian dài vài micro giây hoặc cho một mô hình phức tạp GIS, mô hình đồi hỏi độ chính xác cao cho từng thiết

bị và cũng cho các thành phần kết nối với GIS là rất cần thiết

Để có dạng sóng của VFTO mô hình của các thành phần GIS làm cho việc sử dụng các mạch điện tương đương của đường dây dẫn ngắn và dây dẫn dài với các thông số phù hợp

Những thay đổi trong quá trình đóng cắt dao cách li hay hỏng cách điện khí SF6 là những hư hỏng các thiết bị trong trạm biến áp Ngoài ra vận hành không đúng chức năng thiết bị không đúng làm hư hỏng thiết bị điện và biến dạng trong cuộn dây máy biến áp quanh và sứ xuyên trong việc sử dụng dây dẫn không hợp lí Lý do của sự cố của thiết bị điện là do quá điện áp sinh ra trong quá trình đóng cắt và sự thay đổi điện môi của khí cách điện trong trạm GIS

Hầu hết các mô hình phần tử GIS mô phỏng rất nhanh quá trình quá độ bởi phương pháp số, sử dụng các mạch tương đương điện bao gồm các phần tử (tụ điện, cuộn cảm

và kháng trở) và thông số đường dây phân phối khi xác định được tổng trở sóng và vận tốc sóng đi qua trong quá độ

Tính toán quá điện áp là rất phức tạp vì số lượng thanh cái và cáp điện có mô hình thông số rãi, trong khi máy phát điện, máy biến áp và cáp tụ điện được coi là phần tử gộp Mỗi modul thiết bị Gis được thể hiện qua mô hình tương đương điện dung và điện cảm, có thể xác định theo công thức sau:

Theo tiêu chuẩn IEC 60071-4 vận tốc truyền sóng bị ảnh hưởng của các Spacer, khớp nối, khúc nối hình T, mối nối đàn hồi (below) nên vận tốc truyền sóng được tính như sau :

V = 0,95*C = 0,95 *3*10 8 = 2,85 *10 8 (m/s) (5)

R = 0,011 (Ώ/m) (6) (theo nhà chế tạo)

suất tăng lên 20bar thì hệ số điện môi tăng thêm 6%)

(hệ số điện môi không khí)

nên E = 445kV/cm suy ra thời gian tăng VFT: 14,9 ns

 Mô hình hồ quang điện [12, 13]:

 Stand alone:

+ Model 1: Mô hình điện trở hồ quang cố định 2 Ώ mắc nối tiếp DS

+ Model 2: Mô hình điện trở hồ quang điện biến thiên theo thời gian trong quá trình đóng DS

R = R0e-t/T + r (8) r: 0,5 Ώ; R0 : 10 12 Ώ; T: 1ns

 Dynamic arc:

+ Mô hình Cassie