Nghiên cứu các thông số đặc trưng của thiết bị đo lường bu (biến điện áp đo lường) để nâng cao độ chính xác của thiết bị

Đề tài thực hiện bao gồm 5 chương, có thể tóm tắt như sau: Chương 1: Vai trò của biến điện áp đo lường trong hệ thống điện Đưa ra các mô hình CVT thực tế, các thông số, các mô hình CVT

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Với tình hình kinh tế–xã hội đang trên đà phát triển như hiện nay, ngành điện sẽ ngày càng đóng một vai trò rất lớn Nó có ảnh hưởng quyết định đến sự tồn tại, mở rộng các loại hình công nghiệp, kinh tế, dịch vụ Do vậy, hệ thống điện Việt Nam phải ngày càng phát triển để đảm nhận tốt vai trò của mình

Trong quá trình vận hành hệ thống điện có thể xuất hiện những tình trạng sự cố và chế độ làm việc không bình thường của thiết bị Tình trạng sự cố xảy ra có thể dẫn đến hư hỏng thiết bị điện, mất điện gây tổn thất cho nền kinh tế nói chung và ngành điện nói riêng Do đó, trên hệ thống cần có những thiết bị đo lường và bảo vệ nhằm phát hiện nhanh chóng sự cố, cách ly sự cố, tránh mất điện Những thiết bị đo lường đó là biến dòng điện và biến điện áp Các thiết bị này biến đổi điện áp và dòng điện từ trị số lớn xuống trị số thích hợp để cung cấp cho các dụng cụ đo lường, bảo vệ và tự động hóa Biến điện áp thường có hai loại là kiểu điện từ và điện dung

Máy biến áp đo lường kiểu dung đươc sử dụng khá phổ biến trong mạng truyền tải của hệ thống điện nói chung và lưới điện Việt Nam nói riêng Nguyên lý cơ bản của CVT là sự chính xác của điện áp đầu ra theo điện áp đầu vào trong mọi điều kiện hoạt động của thiết bị Trong điều kiện ổn định, yêu cầu này có thể đạt được dựa trên thiết kế và sự điều chỉnh của CVT Tuy nhiên, độ chính xác của CVT giảm dưới điều kiện quá độ do cảm ứng, tụ bù hay thành phần không tuyến tính Do đó, tác động quá độ của CVT cần được biết đến

Hiện nay, do nhu cầu về năng lượng điện ngày càng tăng, việc đầu tư cho hệ thống điện đòi hỏi nhiều kinh phí dẫn tới tình trạng thiếu hụt điện năng và chất lượng điện năng suy giảm Điều này ảnh hưởng trực tiếp đến các thiết bị dùng điện, đặc biệt ảnh hưởng lớn đến tuổi thọ của các thiết bị điện tử nhạy cảm như: hệ thống thông tin, điều khiển công nghiệp Do đó, việc nghiên cứu để làm giảm sai số trong các thiết bị đo lường cũng phần nào làm giảm sự cố trên hệ thống điện

Ngày nay, trên thế giới có nhiều thiết bị đo lường cao áp sử dụng kỹ thuật cao Do đó, độ chính xác của phép đo phải được nâng cao cho phù hợp Với sự tiến bộ vượt bậc của khoa học kỹ thuật và công nghệ ngày càng phát triển, các thiết bị ghi nhận tín hiệu trực tiếp (như dao động ký, đồng hồ đo kỹ thuật số ) có độ chính xác càng cao Chính vì vậy, việc nâng

hết sức thiết yếu và thời sự trong lĩnh vực đo lường – đặc biệt là đo lường trong vùng tần số công nghiệp

Luận án giải quyết một phần quan trọng trong hàng loạt vấn đề làm thế nào để nâng cao độ chính xác của thiết bị đo lường điện áp cao thế, đó là nghiên cứu các thông số đặc trưng của thiết bị, từ đó xây dựng mô hình thực tế của thiết bị

Luận án ứng dụng thành tựu của các nhà sản xuất thiết bị là bù điện cảm phía sơ cấp để nâng cao độ chính xác của thiết bị đo điện áp Từ đó, đưa

ra những phương pháp mới để tăng độ chính xác bằng cách bù phía thứ cấp hay bù cả hai phía sơ và thứ cấp Trong đó, các thông số đặc trưng cũng như cấu trúc của biến điện áp để điều chỉnh, áp dụng trong từng vùng tần số để đạt được độ sai số mong muốn Điều này có ý nghĩa quan trọng cho các nhà chế tạo, bởi khi xác định những thông số có thể ảnh hưởng đến sai số thiết bị mà chế tạo để đạt độ chính xác yêu cầu

Đề tài thực hiện bao gồm 5 chương, có thể tóm tắt như sau:

Chương 1: Vai trò của biến điện áp đo lường trong hệ thống điện

Đưa ra các mô hình CVT thực tế, các thông số, các mô hình CVT hiện có và các phương pháp nâng cao độ chính xác của thiết bị đo lường hiện tại Từ đó làm cơ sở để nghiên cứu phương pháp mới

Chương 2: Bộ phân áp đo lường

Chương 2 sẽ đưa một vài bộ phân áp có trên thực tế cùng ưu, khuyết điểm của nó Ở đây sẽ đặc biệt làm rõ mô hình bộ phân áp được sử dụng nhiều cho thiết bị CVT là bộ phân áp điện dung

Chương 3: Xây dựng biểu thức toán học và khảo sát một vài loại CVT trong hệ thống điện cao thế

Từ sơ đồ mạch tương đương của CVT, chương này sẽ thực hiện việc xây dựng các mô hình toán học của sai số thiết bị qua các thông số CVT, từ đó khảo sát một số loại CVT bằng phần mềm Matlab, kết luận phương pháp tối ưu nhằm giảm sai số, nâng cao độ chính xác của chúng

Chương 4: Khảo sát sự thay đổi sai số của một mô hình CVT theo góc lệch pha δ

Khi góc lệch pha giữa điện áp cao thế và điện áp phía hạ thế nhận được sẽ có những thay đổi về sai số biên độ và sai số pha Chương này sẽ làm rõ mối quan hệ đó và đưa ra những kết luận cần thiết

Chương 5: Kết luận

Chương này sẽ đưa ra kết luận những kết quả cụ thể Từ đó, hướng phát triển cho tương lai và mở rộng đề tài

MỤC LỤC

VAI TRÒ CỦA BIẾN ĐIỆN ÁP ĐO LƯỜNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN -1.1

LƯỜNG HIỆN NAY -1.7

BỘ PHÂN ÁP ĐO LƯỜNG -2.1

C) -2.5

XÂY DỰNG BIỂU THỨC TOÁN HỌC VÀ KHẢO SÁT MỘT VÀI LOẠI CVT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN CAO THẾ -3.1

ĐẶC TRƯNG CỦA THIẾT BỊ ĐO LƯỜNG CVT -3.1

3.3 KHẢO SÁT MỘT VÀI LOẠI CVT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN CAO

LỆCH PHA δ THAY ĐỔI TỪ 00 ĐẾN 100 -4.2

KẾT LUẬN -5.1

Tài liệu tham khảo

Phụ lục

Chương 1

VAI TRÒ CỦA BIẾN ĐIỆN ÁP ĐO LƯỜNG

TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

1.1 CHỨC NĂNG VÀ CÁC THÔNG SỐ CHÍNH

1.1.1 Chức năng

Biến điện áp (BU) dùng để biến đổi điện áp từ trị số lớn xuống trị số thích hợp (110V hay 110V/√3) dùng để cung cấp cho các dụng cụ đo lường, rơle và tự động hóa Như vậy, các dụng cụ thứ cấp được tách ra khỏi mạch điện cao áp nên rất an toàn cho người Cũng vì vấn đề an toàn, một trong những đầu ra của cuộn thứ cấp phải được nối đất Các dụng cụ phía thứ cấp của BU có điện trở rất lớn, nên có thể xem BU làm việc ở chế độ không tải

Biến điện áp dầu được chế tạo với điện áp 3kV trở lên và dùng cho thiết

bị phân phối cả trong nhà lẫn ngoài trời

Đối với điện áp 110kV trở lên, để giảm bớt kích thước và làm nhẹ cách điện, người ta dùng biến điện áp kiểu dung (CVT – Capacitor Voltage Transformer) Trong biến điện áp này, người ta dùng bộ phân chia điện áp bằng tụ (C1 và C2) để lấy một phần điện áp cao rồi mới đưa và biến điện áp Điện áp lấy trên tụ C2 bằng khoảng 10-30kV, sau đó nhờ biến điện áp

1 pha hạ xuống điện áp thích hợp cho đo lường, rơ le và tự động hóa

1.1.3 Hình dáng và các thông số chính của biến điện áp kiểu tụ (CVT)

1 Hình dáng

Hình 1.1: CVT và cấu tạo bên trong

CVT 72.5kV CVT 245kV CVT 500kV

Hình 1.2: Các dạng CVT sử dụng trong hệ thống điện

Hình 1.3: Hình dạng CVT

2 Cấu tạo

Một CVT cơ bản gồm hai bộ phận:

(a) Bộ phân áp kiểu dung

Bộ phân áp kiểu dung bao gồm một hay hai bộ tụ, tập hợp thành mỗi nhóm khác nhau Mỗi bộ tụ bao gồm một lượng lớn các phần tử tụ điện cách điện bằng dầu, mắc nối tiếp nhau Các bộ tụ được ngâm trong dầu tổng hợp, được giữ dưới một áp lực không đáng kể bằng thiết kế hệ thống giản nở

(b) Bộ điện từ

Bộ chia áp và bộ phận điện từ được nối với nhau bằng bushing bên trong, thiết kế cần thiết cho việc ứng dụng với độ chính xác cao

Bộ điện từ gồm có:

Cuộn cảm bù

Biến áp giảm áp

Mạch triệt tiêu hiện tượng cộng hưởng sắt từ (Ferroresonance Suppression Circuit – FSC)

Thiết bị bảo vệ quá điện áp

Mạch triệt tiêu hiện tượng cộng hưởng sắt từ:

Tất cả các biến điện áp kiểu dung cần kết hợp chặt chẽ với một số mạch triệt tiêu hiện tượng cộng hưởng sắt từ, từ điện dung trong tụ chia áp, mắc nối tiếp với điện cảm không tuyến tính của lõi sắt biến áp và cuộn cảm bù, tạo thành một mạch có thể xảy ra cộng hưởng

Mạch này có thể gây ra cộng hưởng, đó là sự bão hòa lõi sắt máy biến áp bởi những nhiễu loạn khác nhau trong hệ thống Hiện tượng này cũng có thể gây quá nhiệt bộ phận điện từ hoặc dẫn đến chọc thủng cách điện Cấu tạo mạch triệt tiêu hiện tượng cộng hưởng sắt từ như hình 1.4a và 1.4b

Hình 1.5: Sơ đồ điện nối điện cơ bản của CVT

Các tụ điện chia áp C1, C2

Điện cảm LC dùng để tránh lệch pha giữa điện áp Vi và V0

Biến điện áp trung thế cung cấp điện áp V0 cho đo lường và bảo vệ rơle

Mạch FSC (Ferroresonance suppression circuit)

4 Các loại CVT có trên thị trường

Vai trò quan trọng của biến điện áp

1.1.4

tin

1

và độ chính xác của bảo vệ rơle

đo lường Rơle bảo vệ được thiết kế hoạt động trong vùng thời

chung và biến điện áp nói riêng có ảnh hưởng lớn đến hoạt

Ảnh hưởng của biến điện áp đo lường tác động lên rơle kỹ thuật số

Như ta đã biết biến dòng và biến điện áp là những thiết bị đo lường tín hiệu cung cấp cho bảo vệ rơle Hiệu suất

liên quan trực tiếp đến trạng thái ổn định và hiệu suất quá trình quá độ của thiết bị

gian ngắn hơn thời gian quá độ của nhiễu loạn trong suốt trạng thái sự cố của hệ thống Sai số quá độ của thiết bị đo lường lớn có thể trì hoãn hoặc ngăn ngừa hoạt động của rơle Do đó, có thể nói sai số của thiết bị đo lường nói

động của rơle kỹ thuật số

Ảnh hưởng của biến điện áp đo lường tác động lên rơle khoảng cách (Rơle 21)

Sai số trong đo lường góc pha có thể gây nên hiện tượng dưới tầm hoặc quá tầm không mong muốn trong bảo vệ khoảng cách Độ chính xác và tốc độ đáp ứng của rơle 21 cũng phụ thuộc vào đo lươ

tổng trở biểu kiến được tính toán đến điểm cuối của đường dây bị sự cố từ

tỉ số điện áp lý tưởng và điện áp phía sơ cấp của CVT

đó, đo lường chính xác điện áp và góc pha trong quá trình quá độ cũng một nhiệm vụ quan trọng không thể thiếu của thiết bị đo lườn

Do

liê

Việc nâng cao độ chính xác của thiết bị là một nhiệm vụ quan trọng, có

n quan lớn đến việc vận hành an toàn hệ thống điện

Như vậy, phương pháp này tính toán lại các thông số của CVT, từ đó đưa

ng tần số cũng đáp ứng tần số, tuy nhiên sai số không giảm nhiều và phải thay đổi lại

ương pháp ước lượng các thông số

D Fernandes Jr., W.L.A Neves and J.C.A Vasconcelos, “

Parameters for Coupling Capacitor Voltage transformers”, Proceedings of

the IPST 2001, pp 463-468, Rio de Janeiro, June 24-28, 2001, đưa ra một phương pháp nâng cao độ chính xác của thiết bị CVT bằng cách dùng phương pháp Newton đầy đủ để ước lượng thông số CVT qua đường đặc tính đáp ứng tần số

Phương pháp này thực hiện như sau:

Ước lượng các dạng thông s

đường đáp ứng tần số Để đạt được điều này, đo lường biên độ và pha của đáp ứng tần số trong phạm vi 10Hz đến 10kHz, được thực hiện trong phòng thí nghiệm với biến điện áp kiểu dung 230kV

Dùng phương pháp cực tiểu hàm không tuyến tính và phương pháp Newton đầy đủ để tính toán lại các thông số của CVT

Sự hội tụ cho mỗi nhóm số liệu ước lượng ban đầu xa với giá trị cuối Mặc dù có sự khác biệt xảy ra với những thông số mạch được tính tolại, nhưng mỗi nhóm số liệu ước l

sóng của đáp ứng tần số cũng gần giống nhau

Lấy giá trị các thông số với sai số giảm dần

ra những thông số mới, khác xa thông số cũ nhưng đáp ứ

gần giống nhau Phương pháp này cho sai số giảm bằng cách khảo sát qua thông số thiết kế ban đầu của nhà sản xuất

Phương pháp bù động on-line

J Izykowski, B Kasztenny, E Rosolowski, M.M Saha, B Hillstrom,

“Dynamic Compensation of Capacitive Voltage Transformer”, IEEE

Transactions on Power Delivery, vol 13, no 1, Janu

phương pháp giảm sai số quá độ bằng cách bù động on-line cho

cấp của thiết bị Phương pháp này hiện nay được nghiên cứu phổ biến ở vài bài báo Ưu điểm của phương pháp này là cho độ chính xác cao và đáp ứng ở nhiều tần số khác nhau nhưng bù lại chi phí cho nó khá lớn Phương pháp này thực hiện như sau:

Đầu tiên đưa ra một mô hình CVT tiêu biểu

Kế tiếp, thực hiện thuật toán bù dựa trên việc nghịch đảo hàm truyền giản đơn của CVT

Phân tích trong miền tần số và định lượng bù phía trên

T mô g cho thấy việc cải tiến giá trị đo lường bảo vệ tie uẩn với kết quả bù động cho CVT

hương pháp này là giúp việc đo lường tổng trở tốt hơn phục vụ cho rơle khoảng cách Với việc bù động cho CVT, vùng hoạt động tần số chính xác được mở rộng và đo lường ở vùng tần số cao đạt hiệu quả hơn

1.3 CẤP CHÍNH XÁC CỦA THIẾT BỊ ĐO LƯỜNG HIỆN NAY

Căn cứ vào sai số của BU mà người ta đặt tên cho cấp chính xác của nó Cấp chính xác của BU là sai số điện áp lớn nhất khi nó làm việc trong điều kiện: tần số 50Hz, điện áp sơ cấp biến thiên trong khoảng U1 = (0,9 ÷ 1,1)U1đm, còn phụ tải thứ cấp thay đổi trong giới hạn từ 0,25 đến định mức và cosϕ = 0,8 Biến điện áp được chế tạo với các cấp chính xác 0,2; 0,5; 1,0 và 3,0

Trên lưới Việt Nam hiện nay, các loại biến điện áp đang sự dụng hầu hết là biến điện áp kiểu tụ, chúng ta chọn lựa theo tiêu chuẩn IEC 186, IEC

358, với các cấp chính xác như sau:

Cho đo lường: 0,5

Thiết bị CVT do các hãng nổi tiếng trên thế giới chế tạo hiện nay như: ABB, Trench, Ritz… có cấp chính xác theo các tiêu chuẩn sau:

Phương pháp này chủ yếu là bù động để nâng cao độ chính xác thiết bị đo khi đo lường tín hiệu quá độ của hệ thống điện Ưu điểm của p

1.4 CÁC MÔ HÌNH CVT

Chương 2

BỘ PHÂN ÁP ĐO LƯỜNG

2.1 PHÂN LOẠI CÁC BỘ PHÂN ÁP

Hiện nay trên thế giới thường sử dụng các loại phân áp như sau: Bộ phân áp điện trở, bộ phân áp điện dung, bộ phân áp dung – trở, bộ phân áp điện cảm, bộ phân áp Z1 – Z2 …Tùy từng yêu cầu cụ thể mà sử dụng bộ phân áp nào thích hợp Sau đây là cấu tạo các bộ phân áp:

1 Bộ phân áp điện trở: phần tử cao thế của bộ phân áp này là những điện

2 Bộ phân áp điện dung: phần tử cao thế của bộ phân áp này là những tụ

điện

3

và

Ca

hĩa là khi chế tạo các phần tử điện áp thấp cần phải sử dụng các điện

än dung cùng một loại với các phần tử điện áp cao

ịch CuSO4, HCl, NaCl, hoặc các chất lỏng đặc biệt với điện trở suất cao Trong thực tế, các loại điện trở loại này rất dễ chế tạo, tuy nhiên thường ít được sử dụng bởi vì điện trở của chất lỏng thay đỗi nhiều theo nhiệt độ, theo điện áp đặt vào chúng… Thông thường thì người ta vẫn sử dụng loại điện trở dây quấn với điện trở suất cao (chẳng hạn như Crôm, Constantan…) Khuyết điểm của các loại dây quấn là tồn tại điện cảm đáng kể Để giảm giá trị điện cảm này, người ta sử dụng các cách quấn dây khác nhau (kiểu quấn dây Wener, kiểu quấn dây kép…) Các dây quấn điện trở được quấn trên một lõi cách điện có đường kính không lớn lắm (khoảng 50-80mm) (xem hình 2.1) Tùy theo cấp điện áp của bộ phân áp mà các điện trở này có thể chế tạo theo dạng khô hoặc

trở Chúng không được sử dụng với bất cứ một biện pháp che chắn nào

Bộ phân áp dung - trở: các phần tử của bộ phân áp này là các điện trở tụ điện Chúng được ghép song song hoặc nối tiếp…

ùc phần tử điện áp thấp đối với bất kỳ loại phân áp nào cần phải có

của các phần tử điện áp cao, có

những đặc tính tương tự với các đặc tính

ng

trở, đie

2.2 BỘ PHÂN ÁP ĐIỆN TRỞ

Các bộ phân áp điện trở có thể được chế tạo từ các điện trở làm bằng chất lỏng, chẳng hạn như các dung d

Hình 2.1: Các cấu trúc khác nhau của bộ phân áp điện trở với các cách uấn khác nhau của điện trở cao thế

q

Mo

Ưu điểm: của bộ phân áp này là đơn giản, với hệ số phân áp như sau:

â hình của bộ phân áp điện trở có dạng:

R

R R

= (R2〈〈R1)

Khuyết điểm: khi đo điện áp với biên độ rất lớn sẽ xuất hiện điện dung ký sinh C trên các phần tử điện trở ở nhánh cao áp và nhánh hạ áp, nên điện áp trên các bộ phân áp không đều, để khắc phục điều này cần sử dụng bộ phân áp điện trở có màn che

2.3 BỘ PHÂN ÁP ĐIỆN DUNG

Bộ phân áp điện dung được sử dụng rộng rãi

đ

Bộ phân áp điện dung được sử dụng rộng rãi

độ tin cậy cao trong vận hành bởi vì chế tạo đơn giản và có

Hệ số phân áp:

bởi vì chế tạo đơn giản và có

ộ tin cậy cao trong vận hành

Hệ số phân áp:

C

C C

=

Khi điện áp cao thường thì ở nhánh

Ưu điểm: chế tạo đơn giản và có độ tin cậy cao trong vận hành, thời gian truyền ngắn

vào điện trở đệm Rđệm Ngoài ra còn mắc thêm điện trở R ở đầu vào của dao động kí để giải thoát các điện tích tự do (các ion hoặc điện tử)

loại bộ phân

2.4

Khuyết điểm: Do tồn tại điện cảm L và điện trở r của cáp đo nối với dao động ký nên khi r bé thì điện cảm L xác định tần số và dao động riêng của bộ phân áp Để làm giảm dao động này, người ta đặt thêm

tích lũy ở tụ điện cực dưới của tụ điện cao thế Điện trở này có giá trị tối ưu khoảng 10MΩ Khi điện áp càng cao thì số lượng tụ điện nối tiếp sẽ tăng lên và như vậy sẽ làm tăng điện dung ký sinh của các phần tử đối với đất, khi đó, xung đo được sẽ méo dạng lớn Để cải thiện phân bố điện áp giữa các phần tử tụ điện thì cần phải tăng điện dung của chúng và như thế sẽ tăng điện dung đầu vào của bộ phân áp Để khắc phục hiện tượng trên ở đây ta sử dụng kết hợp hai

áp dung, trở trên

BỘ PHÂN ÁP DUNG – TRỞ

CR

Điện dung ký sinh C phân bố dọc theo bộ phân áp điện trở đối với đất làm xấu đi đặc tính của hàm quá độ của bộ phân áp Điều này có thể được hạn chế bằng cách nối những tụ điện song song với các điện trở của bộ phân áp Như vậy bộ phân áp dung – trở được cấu thành bởi hai bộ phân áp điện trở và điện dung ghép song song Để ghi lại xung tốt hơn, người ta thực hiện cân bằng hệ số phân áp của hai bộ phân áp ghép chung

1

2 1 2

2 1

C

C C R

R

= +

ï ổn định còn phụ thuộc vào tính

2.5

rất ít khi sử dụng các bộ phân ương hổ xuất hiện trong mạch và đối với

1–Z2) còn có thêm hiện tượng cộng hưởng gây nên dao động

g Các hiện tượng này ảnh hưởng nhiều đến hàm truyền đạt của bộ phân áp Do đó, sẽ gây nên nhiều sai số

Khuyết điểm của bộ phân áp Dung – Trở là nó có điện dung lớn và do đó

2 2 1

1C R C

R =

⇒(Ha

Người ta chứng minh được khi kết hợp lại thành bộ phân áp dung – trcác đặc tính biên độ – tần số và đặc tính pha – tần số của bo

dung – trở trở nên ổn định Tuy nhiên sư

kho đồn ều của các phần tử điện

BỘ PHÂN ÁP ĐIỆN CẢM (L 1 –L 2 ) VÀ BỘ PHÂN ÁP (Z 1 –Z 2 ) (R, L, C)

u1 (t)

Trong lĩnh vực đo lường xung điện áp cao,

áp này do các hiên tượng từ trễ, t

bộ phân áp (Z

riên

u2(t)Z

Ch ươ ng 3

XÂY DỰNG BIỂU THỨC TOÁN HỌC VÀ KHẢO SÁT MỘT VÀI LOẠI CVT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN CAO THẾ

3.1 THÀNH LẬP BIỂU THỨC TOÁN HỌC TÍNH SAI SỐ TỪ THÔNG

ẶC TRƯNG CỦA THIẾT BỊ ĐO LƯỜNG CVT

uyền tải, kích thước và giá thành iến điện áp đ lường cũng tăng cao Hiệu quả hơn trong việc đo lường là biến điện áp xây dựng trên nguyên tắc dung gồm các thành phần iện C1, C2 và biến áp cảm ứng VT nối với tụ chia áp C2

Để nhận được biến áp đo lường CVT với độ chính xác cần thiết, với các

hần bù cảm ứng được nối vào từ phía cao áp và hạ áp (PB và PH) Mô tả nguyên lý làm việc của CVT và phương pháp bù sai số của nó bằng

hần bù cảm ứng PB thể hiện ở các phần sau Phân tích phương pháp bù, kết quả sai số nhận được sẽ thực hiện cụ thể

n những công thức tính toán CVT Định nghĩa 1 số hệ số truyền CVT

K HT CVT = - Hệ số của bộ CVT (tham số cho trước)

ED ED

HT U U

K = 1 1 - Hệ số của bộ chia áp ED

K HT VT =U1VT U2 - Hệ số biến đổi của biến áp VT

Giữa các hệ số tồn tại biểu thức: VT

HT ED HT CVT

Sai số của CVT được xác định bằng cách so sánh điện áp thực tại đầu ra của CVT là U2 với điện áp thực của biến áp đo mẫu (OT) OT

HT OT

K U

trong đó, Sai số tổng thể toàn phần của CVT được tính theo công thức sau:

CVT HT OT

HT K

1

2 2 2

U U

U U

CVT D

CVT HT CVT

D

CVT HT CVT

D

CVT HT

K

K j K

K K

Trong đó, K&D CVT =U&1 U&2- là hệ số truyền tổng thể thực tín hiệu CVT

δ =δ2 −δ1- góc chuyển dịch giữa U1 và U2 quay 1800

- sai số điện áp của CVT

f CVT

CVT

δ - sai số góc của CVT

Sẽ tính đối với sơ đồ thay thế ở hình 3.2 Trong đó, các tham số được qui đổi về phía thứ cấp U2

'

'

C

R - là các tham số của tụ ED;

- tổng trở của thành phần bù phía sơ cấp và thứ cấp (PB và PH);

- dung lượng tương đương của VT;

- tổng trở vòng từ của VT;

- tổng trở các cuộn dây VT Trong đó tính cả từ trở thuần VT ) và trở phân tán

ZDU – trở toàn phần của thiết bị DU (Thiết bị triệt tiêu cộng hưởng sắt từ)

ZH = RH + jXH – trở tổng tải của CVT

Từ hình 3.2 ta tìm tỉ số

CVT D

K&

' 2 ' 2 1

K&D CVT = & &

DU H

Z Z

U

) //

)(

//

' 0 ' 1 3 '

2

K S

Z Z Z Z Z

U

+

=

3

0 K DU

H

) //

//(

.(

) //

//( '1 0' .3 1 0 .3

K S

CVT D

Z Z Z

' ' '

'

C

Z Z Z Z

Z U

( )

)(

)//

3 ' 0 ' 1 3 2

BX PB BX K DU

H

K S

K

Z Z Z Z Z Z Z

Z Z Z Z U

.(

) //(

' 1 '

' ' 2

'

BX PB C

D

Z Z Z

Z Z

' 3

3 ' 0 ' 1 2

' ' ' 2 '

1

BX PB BX K

K S

BX PB C

C

Z Z Z

Z Z Z Z U Z

Z Z Z

++

++

' '

0

3 ' 0 ' 1 3 '

' ' 2

' ' ' 2 '

1 2

' 1

BX PB DU

H

K S

K

BX PB C

BX PB C

C

Z Z Z

Z Z Z

Z Z Z Z Z

Z Z

Z Z Z Z U

U

+

++

++

w U

&

&

2 w U

H

K S

K

BX PB C

BX PB C

C

K Z Z Z Z Z Z Z Z

Z Z

' ' ' 3 ' 0

3 0 1 3 '

' ' 2

2 1 2

(3)

Trong

Z Z Z Z

)//(

1//

//

' 2

' 1 '

' 1 '

' 2

' 1 '

' ' 2

' ' ' 2 '

+

=+

+

=+

++

C C

BX PB C

BX PB C

C

BX PB C

BX PB C

C

Z

Z Z

Z

Z Z

Z Z

Z Z

Z Z

Z Z Z Z

=

+ +

+ + +

=

BX PB C

C C

C

C C

C C C

BX PB C

C

C

Z Z

Z Z

Z Z

Z Z Z Z

Z Z

Z

Z Z

Z

' 3 '

2

' 1 '

2

' 2 '

1 ' 2 '

1

' 2 '

' 1 '

2

' 1

1 1

.

2 '

1

' 2 ' 1 3

C C

C C C

Z Z

Z Z Z

3

' 0

' 1 '

3 3

' 0

3 ' 0 '

1

//

//

1

//

) (

) //

DU H K

K S

BX DU H

BX PB K

K

K S

Z

Z Z Z

Z

Z Z

Z

Z Z

Z Z

Z Z Z Z

Z

Z Z Z

.

) //

( //

.

BX

BX PB

DU H

K S

DU H

K

Z

Z Z Z

Z Z

Z Z Z Z

' 0

' 1 '

1 3

.

//

)

//

( //

.

BX

BX PB

DU H

K S

DU H S

DU H

K

Z

Z Z Z

Z

Z Z

Z Z

Z

Z Z

0

' 1 3

' 1 3

1 //

.

BX

BX PB S

K S

DU H

K

Z

Z Z Z

Z Z

Z Z

Z

Từ (3), (4) và (5) ta có:

h Z

Z Z Z Z Z

Z U

' ' ' 1 '

1 3

'

1 2

1

1 1

1

&

&

Z Z Z

Z Z

Z Z

Z C ⎠ H DU ⎝ K ' ⎝ BX' ⎠ ⎝ PB' + BX' ⎠

0 3 '

2 //

h Z

Z Z

Z Z

Z Z

Z Z

Z

Z Z

BX PB

BX

C S

K

S K

3 '

0

' 1 3

' 1 3

.

1 1

Đặt

DU H

⎝ 2 //

' '

2

C

2

1 C C ED

//

S

K S

DU H

K ED XX VT B

Z Z

Z Z

Z K K U&

⎛

+

⎞

' 3 '

BX

C

Z

Z Z

=>

⎛ '

Z Z

U&

0 3

1 3

0 3

1 1

BX PB K

DU

CVT

D

Z Z Z

Z Z K K

⎟

⎠

S

H K CV

Z

Z Z

⎟

⎞ Z C

' 1 3

⎜⎛ + Z S +

CVT T

δ

ε&

3 '

=

=

'

' 3 '

0

' 1 3

' 1 3

.

1 1

//

sin )

Im(

BX

C S

K S

DU H K CVT

CVT

Z

Z Z

Z Z

Z Z

Z Z

K δε

δ &

ED XX VT B

CVT HT

K K

K K

=

Trong đó:

Bằng phần mềm Matlab lập trình tính toán, mô phỏng sai số của thiết bị

đo lường biến điện áp kiểu dung ta khảo sát sai số của CVT lúc chưa bù, lúc bù phía sơ cấp, thứ cấp và khi bù cả hai phía

3.2 PHƯƠNG PHÁP NÂNG CAO ĐỘ CHÍNH XÁC

Ở trong phạm vi luận văn này, để có tính thuyết phục, tôi sẽ khảo sát các

sản xuất, đưa ra phương án bù nhằm làm tăng độ chính xác của thiết bị Các mô hình sẽ thực hiện trong phần chính là mô hình CVT 123kV, 220kV, 400kV và mô hình CVT 500kV sẽ

các phương pháp đưa ra đưa làm cơ sở minh chứng cho

3.2.1 Thông số mô hình khảo sát:

Lc thw2 = 1 tại w=2π50 rad/s

:

Vơ ình CVT th ôn có cuộn ù LC ể tránh lệc a giữa điệ i và V0 với i tắc tổng tr ằng

Từ việc bù để tránh lệch pha điện áp

pháp vừa tránh lệch pha vừa làm giảm sai số CVT bằng cách tăng hoặcgiảm điện trở của cu än cảm bù, hiện chuye bù sang phía thứ cấp của hay bù cả phía sơ cấp ù cấp ä chính xác đ c nâng

mìn g các kết q sau, với vie iúp cu n mềm Mat

3.3 KHẢO SÁT MỘT VÀI LOẠI CVT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN CAO

THẾ

3.3.1 CVT 123kV:

Dữ liệu về CVT 123kV:

Điện áp thứ cấp: 123:√3 kV;

Điện áp trung gian: 22:√3 kV;

Điện áp phía sơ cấp: 110V hay 110:√3 kV;

Điện dung: C1 = 4723pF và C2 = 21680pF;

Khảo sát sai số trong khoảng tần số 10Hz – 200Hz để xác định đáp

ứng nâng cao độ chính xác khi bù:

Đồ thị trên biểu diễn sai số biên độ và sai số pha theo tần số Ở đây, tôi

Tần số (Hz) Sai số biên độ S Tần số (Hz) Sai số biên độ S

g số của nh chế tạo ta ai số ộ lúc này tần số 50H 9449% và số pha là 3

bù theo hướng tăng hoặc giảm điện trở (khi bù phía sơ cấp) để sai số biên

độ đầu ra giảm đáng kể

Bảng 3.2: Khi K=1, δ=2 0 (RPB = 7500Ω, LPB = 384.138H, RPH = 0Ω, LPH = 0H)

biên độ giảm đáng kể, tại tần số 50Hz sai số biên độ lúc này là 0.722%

Tần số (Hz) Sai số biên độ Sai số pha Tần số (Hz) Sai số biên độ Sai số pha

t quả khảo s cho thấy, k trở c ûm bù giảm sai số

như vậy có thể nói, khi điều chỉnh giá trị cuộn cảm thì bù phía sơ cấp vẫn

cải thiện được sai số

Bảng 3.3: Khi K=1, δ=2 0 (RPB = 500 Ω, LPB = 384.138 H, RPH = 0Ω, LPH = 0H)

Khi điện trở cuộn cảm bù giảm còn 500Ω thì sai số biên độ giảm 0.51%,

tại tần số 50Hz

Vậy khi bù phía sơ cấp ta có kết luận sau:

Cùng với thông số CVT của nhà chế tạo, chúng ta có thể tăng độ chính

xác biên độ đầu ra bằng cách làm giảm điện trở cuộn cảm bù, với cách

này sai số biên độ giảm từ 0.95% xuống còn 0.51% (tại tần số 50Hz)

Tần số (Hz) Sai số biên độ Sai số pha Tần số (Hz) Sai số biên độ Sai số pha

Tuy nhiên để sai số giảm nhỏ (< 0.02% chẳng hạn) thì gần như khó

thực hiện được, từ đó ta có thể t

Ta thấy khi bù phía thứ cấp đối với CVT loại này thì sai số lại tăng (sai số

biên độ lúc này là 1.39%), ta điều chỉnh điện trở cuộn cảm bù và khảo sát

sai số đạt được

Tần số (Hz) Sai số biên độ S ai số pha Tần số (Hz) Sai số biên độ Sai số pha

Bảng 3.5: Khi K=1, δ=2 (R = 0 Ω 0

PB , LPB = 0 H, RPH = 0.96 Ω, LPH = 0.0096 H)

Giá trị sai số biên độ khi khảo sát cho thấy, khi bù phía thứ cấp, việc điều

chỉnh điện trở cuộn cảm bù cũng làm sai số giảm đáng kể Không những

sai số giảm nhỏ hơn khi bù phía sơ cấp mà chúng ta có thể điều chỉnh sai

số theo ý muốn, dưới đây là giá trị minh họa cho điều khẳng định trên

pha Tần số (Hz) Sai số biên độ Sai số pha Tần số (Hz) Sai số biên độ Sai số

Bảng 3.6: Khi K=1, δ=2 (R = 0 Ω, L = 0 H, R 1.824 Ω, L = 0.0096 H 0 PB PB PH= PH )

Kết quả khi tăng giá trị điện trở cuộn cảm thì sai số giảm đáng kể, từ

0.82% còn lại 0.0096% Ta thấy viêc bù phía thứ cấp có lợi hơn về độ

chính xác vì ta có thể điều chỉnh sai số theo ý muốn

Với kết quả sai số đáp ứng khi bù phía thứ cấp là như vậy, sau đây tôi sẽ

khảo sát độ chính xác của biến điện áp đo lường kiểu dung khi bù cả hai

phía sẽ như thế nào, bảng số liệu và đồ thị sau sẽ biểu diễn kết quả đạt

3 Bù cả phía sơ cấp và thứ cấp

Bù sơ cấp bằng 1/4 dung lượng cảm cần bù (rPB=3750, LPB=96.03, rPH=0.28, LPH=0.0072) thì sai số tại tần số 50Hz: biên độ là 0.7791% và pha 3.5193%

Tần số (Hz) Sai số biên độ Sai số pha Tần số (Hz) Sai số biên độ Sai số pha

Bù sơ cấp bằng 1/2 dung lượng cảm cần bù (rPB=7500, LPB=192.7,

tại tần số 50Hz: biên độ là 4984%

Vậy với CVT 123kV, δ=20 thì ta sẽ chọn cách phân chia bù như sau: sẽ

ïc hiện giá trị cuộn cảm bù phía sơ cấp gía trị bằng 1/2 dung lượng cảm bù và phía thứ cấp là 1/2 dung lượng cảm cần bù Như vậy ta thấy khi ân chia bù cả hai phía thì độ chính xác tăng lên đáng kể, sai số biên độ tần số 50Hz giảm từ 0.945% (khi bù sơ cấp), 1.38% (khi bù phía thứ )

giảm điện trở thì giá trị sai số cũng giảm đáng kể, dẫn chứng như phía sau

Bảng

ùi phần cảm không đổi, ta điều chỉnh bản thân cuộn cảm theo hướng

với giá trị bù phía sơ và thứ cấp thì sai số biên độ có thể giảm xuống

4 Kết luận:

Khi bù phía sơ cấp:

Cùng với thông số CVT của nhà chế

xác

tạo, chúng ta có thể tăng độ chính giảm điện tr

có thể thực hiện khi bù phía sơ cấp, k sát bu áp đ

i bù th

Để giảm kích thước cuộn cảm bù, ở đ i xin đư g p

phía thứ cấp của CVT Với điện cảm c tính , ch

cấp để giảm sai số và tránh lệch pha giữa điện áp vào và ra của CVT, từ đó là cơ sở cho việc bù cả hai phía sơ và thứ cấp mà độ chính xác của thiết bị được nâng cao đáng kể, tiến gần đến 0%

Như vậy khi thực hiện bù thứ cấp, mặc dù với tỉ số giữa R và L của cuộn cảm bù như khi bù phía sơ cấp thì sai số tăng (tại tần số 50Hz, sai số biên độ là 1.39% và sai số pha là 3.54%), tuy nhiên khi điều chỉnh điện trở thì sai số giảm đáng kể (tại tần số 50Hz, sai số biên độ là 0.0096% và sai số pha là 3.49%)

Vậy khi bù phía thứ cấp có lợi hơn: vừa giảm khối lượng chế tạo cuộn cảm bù, vừa có thể điều chỉnh sai số khi tăng điện trở cuộn cảm

Khi bù cả hai phía sơ cấp và thứ cấp

Ta thấy khi bù cả hai phía sơ cấp và thứ cấp thì sai số đầu ra của thiết

bị đo lường giảm đáng kể Tuy nhiên tùy theo từng tỉ lệ khác nhau giữa điện cảm bù phía sơ cấp và thứ cấp mà sai số đáp ứng khác nhau Với CVT 123kV, δ=20 thì ta sẽ chọn cách phân chia bù như sau: sẽ thực hiện giá trị cuộn cảm bù phía sơ cấp giá trị bằng 1/2 dung lượng cảm cần bù và phía thứ cấp là 1/2 dung lượng cảm cần bù

Ta thấy khi phân chia bù cả hai phía thì độ chính xác tăng lên đáng kể,

iên để sai giảm nhỏ t như k ực hiện đươ ừ đó ta

hảo ø phía thứ ca ể xem

äc này có l giảm sai so hay k ?

Kh ứ cấp:

ây tô a ra phươn háp bù đượ toán ở trên úng ta iện khảo sa hay đổi gia än trở ûm sai số th bị Tuy

á không giảm o với phươ p bù p cấp (với c giá trị b

nhận được (<2%) Ở đây, Luận vaía sơ cấp n g qui về t đưa ra) như số chế tạog mới là b hía thứ ãn chấp

sai số biên độ tại tần số 50Hz giảm từ 0.945% (khi bù sơ cấp), 1.38% (khi bù phía thứ cấp)

Như vậy với phần cảm không đổi, ta điều chỉnh bản thân cuộn cảm theo hướng giảm điện trở thì giá trị sai số cũng giảm đáng kể, dẫn

chứng như phía sau với giá trị bù phía sơ và thứ cấp thì sai số biên độ

có thể giảm xuống 0.02%

Như vậy, khi bù cả hai phía sơ cấp và thứ cấp thì sai số giảm nhiều và có khả năng điều chỉnh s i số theo gi ị bù Tuy nh ân, phải làm nhiều cuộn cảm nhau cho hai phía, d việc a sơ cấp ha hứ cấp hoa ai phía sơ thứ cấp sẽ ø sản em xét và ết định sao ó lợi nhất v ạt độ chính o nha thiết bị đo l g