Khảo sát một số quá trình quá độ trong lưới phân phối và những ảnh hưởng đến chất lượng điện năng

Quá độ xảy ra trong thời gian ngắn...7 III.Aûnh hưởng của hoạ tần đối với bài toán chất lượng điện năng...8 Chương 3: Giới thiệu phần mềm mô phỏng quá độ ATP - EMTP ...11 I.Chương trình

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-

TRƯƠNG TRUNG HIẾU

TÊN ĐỀ TÀI:

KHẢO SÁT MỘT SỐ QUÁ TRÌNH QUÁ ĐỘ TRONG LƯỚI PHÂN PHỐI VÀ NHỮNG ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG

Chuyên ngành: Mạng Và Hệ Thống Điện Mã số ngành: 2.06.07

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 7 năm 2004

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN HỮU PHÚC

Cán bộ chấm nhận xét 1:………

Cán bộ chấm nhận xét 2:………

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày 31 tháng 07 năm 2004

- -

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: TRƯƠNG TRUNG HIẾU Phái: Nam

Chuyên ngành: Mạng Và Hệ Thống Điện Mã số: 2.06.07

I TÊN ĐỀ TÀI:

KHẢO SÁT MỘT SỐ QUÁ TRÌNH QUÁ ĐỘ TRONG LƯỚI PHÂN PHỐI VÀ

NHỮNG ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

1 Lý thuyết về hiện tượng quá độ

2 Giới thiệu phần mềm mô phỏng ATP-EMTP

3 Khảo sát các chế độ cơ bản khi đóng trạm tụ bù

4 Phân tích hoạ tần do đóng trạm tụ bù gây ra

5 Xây dựng mô hình trên bộ mô phỏng PSS để khảo sát sóng quá độ gây ra khi đóng trạm tụ bù

III NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 09 – 07 - 2004

IV HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TIẾN SĨ NGUYỄN HỮU PHÚC

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM NGÀNH BỘ MÔN QUẢN LÝ NGÀNH

TS NGUYỄN HỮU PHÚC

Nội dung và đề cương luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua

Ngày tháng năm

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn các bạn đồng nghiệp ở trường Trung Học Điện

2 đã tạo điều kiện tốt cho Tôi hoàn thành luận văn này

Em xin chân thành cảm ơn các Thầy Cô Giáo ở trường Đại học Bách Khoa

Tp Hồ Chí Minh và đặc biệt là thầy Nguyễn Hữu Phúc đã tận tâm hướng dẫn,

giúp đỡ Em thực hiện luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn những người thân trong gia đình đã luôn động viên, giúp đỡ để Tôi an tâm hoàn thành luạân văn này

Lời cảm ơn

Mục lục

Chương 1: Mở đầu

Chương 2: Lý thuyết về quá độ 4

I Quá độ điện từ 5

II Quá độ xảy ra trong thời gian

ngắn 7

III.Aûnh hưởng của hoạ tần đối với bài toán chất lượng điện năng 8

Chương 3: Giới thiệu phần mềm mô phỏng quá độ ATP - EMTP 11

I.Chương trình EMTP là gì 12

II.Lịch sử phát triển của chương trình

Chương 4: Khảo sát các trường hợp cơ bản trong đóng trạm tụ bù 19

I.Hiện tượng quá điện áp động lực xảy ra khi đóng trạm tụ độc lập vào hệ

thống 20

II.Đóng trạm tụ vào lưới khi có một trạm tụ khác đang hoạt động 22

III.Hiện tượng back to

-back 23

IV.Hiện tượng phóng điện sớm - Hiện tượng PRESTRIKE 25

Chương 5:Phân tích kết quả mô phỏng các trường hợp cơ bản trong đóng

trạm tụ bù 28

I.Kết quả mô phỏng hiện tượng quá điện áp động

lực 29

II.Kết quả mô phỏng hiện tượng quả do đóng trạm tụ bù phía điện áp cao

gây ảnh hưởng phía điện áp thấp của trạm biến

Chương 6 : Kết quả phân tích phổ sóng quá độ các trường hợp cơ bản trong

đóng trạm tụ 60

I.Kết quả phân tích phổ một số dạng sóng khi đóng trạm độc lập 61

II.Kết quả phân tích phổ một số dạng sóng khi đóng trạm tụ phía điện áp

cao của trạm biến thế có tụ đang hoạt động phía điện áp

thấp 63

III.Kết quả phân tích phổ một số dạng sóng khi xảy ra hiện tượng back -

to - back 69

IV.Kết quả phân tích phổ một số dạng sóng khi xảy ra hiện tượng phóng

điện sớm - Hiện tượng

PRESTRIKE 74

Chương 8: Xây dựng mô hình vật lý khảo sát quá độ do đóng trạm tụ bù

trên bộ mô phỏng PSS 92

I.Giới thiệu về hệ đơn vị tương đối

93

II.Mô hình vật lý khảo sát hiện tượng quá độ khi đóng trạm tụ độc lập

vào hệ thống 94

III Mô hình vật lý khảo sát hiện tượng quá điện áp gây ra tại trạm tù bù

phía hạ thế của máy biến áp khi đóng trạm tụ bù phía cao

thế 96

IV Mô hình vật lý khảo sát hiện tượng BACK - TO -

BACK 98

Chương 9: Kết quả khảo sát hiện tượng quá độ do đóng trạm tụ bù trên bộ

mô phỏng PSS được ghi nhận từ dao động ký HM305-2 101

I Kết quả đo được sóng quá độ khi đóng trạm tụ độc

lập 102

thấp 105

III Kết quả đo được sóng quá độ khi xảy ra hiện tượng BACK - TO -

BACK 1

09

Chương 10: Một số phương pháp bảo vệ quá áp và kết luận 113

I.Một số phương pháp bảo vệ quá áp 114

II.Một số ứng dụng mà người sử dụng có thể chọn lựa 117

Học viên: Trương Trung Hiếu Trang1

CHƯƠNG 1

MỞ ĐẦU

Học viên: Trương Trung Hiếu Trang2

Quá độ là hiện tượng xảy ra thường xuyên trong hệ thống truyền tải và phân phối điện năng Kết qủa là biên độ sóng điện áp, dòng điện rất đa dạng phụ thuộc vào yếu tố tạo nên hiện tượng quá độ như đóng cắt trạm tụ bù, máy cắt, máy biến áp lực, máy biến áp đo lường, các dạng sự cố của đường dây … Sự thay đổi đột ngột biên độ điện áp, dòng điện, giá trị tần số làm ảnh hưởng trực tiếp đến thiết bị trong lưới cũng như các vật dụng sử dụng trong gia đình

Nhiều công trình nghiên cứu về hiện tượng quá độ trên thế giới được công bố, nhưng riêng trong lãnh vực khảo sát những ảnh hưởng do đóng cắt trạm tụ bù trong lưới truyền tải chưa được quan tâm đúng mức Ở Việt Nam, trước đây người ta chưa quan tâm nhiều đến quá trình quá độ khi đóng cắt thiết

bị trong hệ thống điện Những năm gần đây đã có một số công trình khảo sát hiện tượng quá độ như: công trình “Mô Phỏng, Nhận Dạng Dòng Xung Kích

Trong Máy Biến Aùp Lực” của tác giả Nguyễn Quang Nam hay công trình “Mô

Hình Hoá Các Phần Tử Phi Tuyến Trong Nghiên Cứu Quá Trình Quá Độ Điện

Từ Của Hệ Thống Điện” của tác giả Lâm Du Sơn … Nhưng các công trình trên

hầu như chưa khảo sát những tác động lên các phần tử trong hệ thống khi đóng cắt các trạm tụ bù trong lưới tuyền tải

Trong những năm tới, với xu hướng nâng cấp, cải tạo, mở rộng hệ thống điện, Tổng Công Ty Điện Lực Việt Nam (EVN) dự kiến lắp đặt khoảng 30 đến

50 trạm tụ bù với công suất mỗi trạm từ 20MVAr đến 50MVAr trên phạm vi cả nước Vì thế việc khảo sát hiện tượng quá độ do đóng cắt tụ bù trong lưới và những ảnh hưởng đến chất lượng điện năng là vấn đề quan trọng và cấp thiết nhằm đưa ra những kết luận hữu ích trong việc xác định thời gian đóng cắt trạm tụ phù hợp cũng như biên độ điện áp thích hợp đặt lên trạm tụ

Hiện nay có một số trạm tụ bù được lắp đặt ở khu vực Phía Nam đã đi vào hoạt động như trạm tụ bù công suất 50MVAr trên lưới 110KV tại trạm biến áp Rạch Gía-Kiên Giang (năm 2002); trạm tụ bù công suất 50MVAr trên lưới 110KV tại trạm biến áp Trà Nóc-Cần Thơ (năm 2003)… Các trạm hiện nay chỉ vận hành ở hai chế độ: cắt trạm tụ ra khỏi hệ thống hoàn toàn (công suất cung cấp bằng không) hoặc đóng hoàn toàn vào hệ thống với công suất cung cấp định mức Hầu như các trạm điều chưa vận hành ở trạng thái ứng động, nghĩa là công

Học viên: Trương Trung Hiếu Trang3

suất cung cấp từ trạm tụ không thay đổi được theo sự thay đổi của công suất phụ tải của hệ thống

Vì vậy, khi đóng trạm tụ vào hệ thống với công suất lớn sẽ gây ra hiện tượng quá độ làm thay đổi điện áp, dòng điện tại các nút và tần số của hệ thống Để giảm bớt ảnh hưởng do đóng trạm tụ gây ra ta có thể xác định điểm thời gian đóng tụ thích hợp

Phương pháp mô phỏng sẽ giúp chúng ta xác định chính xác các yếu tố trên Phần mềm ATP-EMTP được sử dụng để giải quyết bài toán trên Đây là phần mềm được viết dưới dạng các mô đun, chủ yếu cung cấp cho các thành viên của tổ chức nghiên cứu EMTP và ATP-EMTP trên toàn thế giới, không mang ý nghĩa kinh doanh Vì vậy quá trình xây dựng các sơ đồ tương đương, chạy ra kết qủa mô phỏng là rời rạc nhau

Học viên: Trương Trung Hiếu Trang4

Học viên: Trương Trung Hiếu Trang4

CHƯƠNG 2

LÝ THUYẾT VỀ QUÁ ĐỘ

Học viên: Trương Trung Hiếu Trang5

I QUÁ ĐỘ ĐIỆN TỪ

Quá độ có thể chia thành hai loại: sóng quá độ dưới dạng sóng dao động (oscillatory) và sóng xung (impulsive)

1 Sóng quá độ dạng sóng xung (impulsive transient)

Sóng quá độ dạng sóng xung xảy ra đột ngột, tồn tại trong thời gian rất ngắn Kết qủa là xung dòng điện hay xung điện áp biến thiên chỉ theo một phương duy nhất (nghĩa là xung có biên độ dương hoặc xung có biên độ âm) Ví dụ khi sét đánh sẽ gây ra hiện tượng quá độ dạng xung (H.2.1)

Hầu hết, quá độ xảy ra do sét đánh đều dưới dạng xung Đối với hệ thống phân phối, quá độ thường xảy ra phía cuộn dây thứ cấp hoặ c sơ cấp của máy biến áp phân phối do sét đánh trực tiếp vào

2 Sóng quá độ dạng sóng dao động (oscillatory transient)

Sóng quá độ dạng sóng dao động cũng xảy ra đột ngột, biên độ dao động của sóng theo cả hai phương trong hệ trục toạ độ (tức là sóng quá độ có giá trị âm hoặc dương tùy từng thời điểm) Tần số dao động của sóng là sự tổng hợp của tần số cao, tần số trung bình và tần số dao động thấp H.2.2, H.2.3 sẽ minh họa các dạng sóng quá độ dao động

H.2.1 Dạng xung dòng điện tạo ra từ cơn sét

Học viên: Trương Trung Hiếu Trang6

Quá độ dạng sóng dao động xảy ra khi đóng trực tiếp các trạm tụ bù, khi xảy ra hiện tượng cộng hưởng sắt từ trong máy biến thế hay do đóng máy biến áp vào lưới

H.2.2 Dạng sóng điện áp và dòng điện do đóng trạm tụ bù

H.2.3 Sóng điện áp của hiện tượng cộng hưởng sắt từ ở chế độ không tải của

máy biến áp

Học viên: Trương Trung Hiếu Trang7

II QUÁ ĐỘ XẢY RA TRONG KHOẢNG THỜI GIAN NGẮN

Quá độ xảy ra trong thời gian ngắn có thể chia thành ba loại: gián đoạn cung cấp điện (interruptions), sự sụt giảm điện áp trong khoảng thời gian ngắn (sags) và sự quá áp trong khoảng thời gian ngắn (swells)

− Sự gián đoạn cung cấp điện trong thời gian ngắn xảy ra khi điện áp cung cấp (supply voltages) hoặc dòng điện tải (load current) giảm thấp hơn 0,1pu (per unit) trong khoảng thời gian không vượt quá một phút Sự gián đoạn cung cấp điện có thể xuất phát từ nhiều nguyên nhân như là: sự cố hệ thống, sự tác động nhầm của thiết bị hoặc quá trình điều khiển sai lệch Hình H.2.4 sẽ minh hoạ hiện tượng trên

− Sự sụt áp (sags voltages): là sự giảm biên độ điện áp hoặc dòng điện trong

khoảng từ 0,1pu (per unit) đến 0,9 pu ở tần số hệ thống (50Hz) trong khoảng thời gian từ 10ms (0,5 chu kỳ) đến một phút

− Sự vọt lố điện áp (Swells voltages): là sự tăng vọt điện áp từ 1,1 pu đến 1,8 pu ở

tần số hệ thống (50Hz) trong cùng khoảng thời gian từ 10ms (0,5 chu kỳ) đến một phút

H.2.4 Hình biểu diễn trường hợp mất điện thoáng qua

Học viên: Trương Trung Hiếu Trang8

− Sự sụt áp và sự vọt lố thường xảy ra khi sự cố hệ thống điện Ngoài ra, sự sụt áp có thể được tạo ra từ việc đóng phụ tải vào lưới như đóng tải động cơ có công suất lớn Nói chung, sự thay đổi điện áp trong thời gian ngắn chỉ tác động đến các thiết

bị có độ nhạy cao và phụ thuộc vào khoảng cách từ nơi xảy ra sự cố đến nơi lắp đặt thiết bị

− Hình H.2.6 biểu thị đường đặc tuyến CBEMA về các miền điện áp được cung cấp từ nhà sản xuất

H.2.5 Hình minh hoạ sự sụt giảm-vọt lố điện áp

H.2.6 Đường đặc tuyến CBEMA của thiết bị

Học viên: Trương Trung Hiếu Trang9

III ẢNH HƯỞNG CỦA HOẠ TẦN ĐỐI VỚI BÀI TOÁN CHẤT LƯỢNG

ĐIỆN NĂNG

Hoạ tần liên quan trực tiếp đến sự méo dạng của sóng, là vấn đề rất quan trọng trong lĩnh vực điện công nghiệp Sự méo dạng của sóng xuất phát từ các phần tử phi tuyến trong hệ thống điện Các phần tử này tạo ra một dòng điện không sin khi điện áp cung cấp dưới dạng sóng sin Và dòng điện méo dạng cũng tạo ra điện áp méo dạng tại các nút trong hệ thống điện

Các nguyên nhân gây ra sự méo dạng sóng như là các bộ chuyển đổi ứng dụng trong các thiết bị điều khiển tốc độ, chế độ đóng cắt một pha trong hệ thống

ba pha và các thiết bị điện có thể bão hoà như máy biến thế có đặc tuyến từ hóa của lõi thép phi tuyến

Sóng méo dạng có thể được phân tích ra thành tổng của nhiều sóng hình sin với tần số là bội số của tần số cơ bản (ví dụ ở nước ta tần số cơ bản của hệ thống điện là 50Hz) Vấn đề này có thể giải quyết bằng phương pháp phân tích Fourier H.2.7 minh hoạ kết qủa phân tích Fourier của một sóng méo dạng

H.2.7 Hình minh hoạ kết quả phân tích Fourier của một sóng

Học viên: Trương Trung Hiếu Trang10

Hoạ tần là nguyên nhân gây ra quá nhiệt trong máy biến thế và trạm tụ, làm cho tuổi thọ của chúng giảm dần Vấn đề này thường xảy ra khi điện dung mắc song song trong hệ thống điện gây ra hiện tượng cộng hưởng Tần số của họa tần nào gần với tần số cộng hưởng sẽ được khuếch đại đột ngột Tần số cộng hưởng được xác định là:

LC2

1

fchπ

=

Để đánh giá ảnh hưởng do họa tần gây ra người ta dùng biểu đồ phổ của nó Biểu đồ này cho biết biên độ của từng loại họa tần của dạng sóng phân tích Hệ số đánh giá tổng nhiễu (THD: Total Harmonic Distortion) do họa tần gây ra:

1

h 2 h

2 h

M

M THD

max

∑

=

=

Theo tiêu chuẩn IEEE 519-1992, THD lớn nhất cho phép là 5%

H.2.8 Hình minh hoạ hiện tượng cộng hưởng song song

Học viên: Trương Trung Hiếu Trang11

CHƯƠNG 3

GIỚI THIỆU PHẦN MỀM NÔ PHỎNG QUÁ ĐỘ ATP-EMTP

Học viên: Trương Trung Hiếu Trang12

I CHƯƠNG TRÌNH EMTP LÀ GÌ

EMTP được viết tắt từ chữ ElectroMagnetic Transients Program có nghĩa

là chương trình về các quá trình quá độ điện từ, là chương trình chuyên dùng cho

việc mô phỏng về điện công nghiệp, nó có khả năng tính toán các thay đổi trong hệ thống điện như một hàm theo thời gian chẳng hạn ví dụ một vài sự nhiễu do đóng cắt máy cắt, các sự cố Chương trình ngoài việc mô phỏng các mạng điện lớn còn có khả năng mô phỏng các bộ chuyển đổi điện tử công suất nhằm phục vụ cho việc truyền tải điện một chiều đi xa Ngoài ra chương trình còn có khả năng mô phỏng các quá trình quá độ xảy ra trong máy điện cũng như các hệ thống điều khiển bằng ngôn ngữ riêng của nó

II LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA CHƯƠNG TRÌNH EMTP

EMTP có nguồn gốc ban đầu ở Portland, thuộc Oregan (Mỹ) tại Sở Điện Bonneville (BPA), một chi nhánh điện thuộc Bộ Năng Lượng Mỹ EMTP có một

version riêng biệt là ATP (Alternative Transients Program: chương trình về các

quá trình quá độ xoay chiều) Mặc dù công việc phát triển ATP là của các cá nhân

đã tạo ra nó, nhưng LEC (Leuven EMTP Center: trung tâm EMTP ở Leuven, Bỉ)

được chọn làm đại diện để cấp giấy sử dụng cho những người khác sử dụng EMTP

Tháng 9-1982, một thoả hiệp hợp tác về EMTP được ký kết bởi sáu tổ chức năng lượng Bắc Mỹ: ba chi nhánh điện thuộc chính phủ Mỹ: BPA, cơ quan quản lý điện miền Tây và phong trào cải thiện hệ thống điện của Mỹ với hai trụ sở sau này đặt ở Denver và Colorado

Ba tổ chức của Canada: Hydro_Quebec/IREQ, Otario_Hydro và hội các tổ chức hợp tác về điện của Canada nhân danh các lợi ích của người Canada Tháng 3-1983, tổ chức DCG (nhóm hợp tác và phát triển EMTP) đồng ý đưa EMTP vào lĩnh vực dân sự

Học viên: Trương Trung Hiếu Trang13

Mùa hè 1984, lại có một thoả hiệp mở rộng với viện nghiên cứu năng lượng điện (ERRI) của Paolo Alto, California Mùa thu 1984, Uûy ban kế hoạch DCG yêu cầu BPA ngừng phát triển tự do EMTP trong lĩnh vực dân sự và sẽ không được phân phát tự do cho các tổ chức, các cá nhân khác sử dụng EMTP Nhưng đường lối DCG/ERRI như vậy không gì khác hơn là ý nghĩ đầy tham vọng nhằm thương mại hóa EMTP

Tháng 4-1985, quyền tự do thông tin ở Mỹ được công nhận và BPA đưa ra version mới nhất sau này của nó và được bảo vệ của pháp luật Mỹ Từ đó, các quan điểm mạnh mẽ của BPA chỉ ra rằng cả công sức và tiền bạc của chính phủ Mỹ chỉ đạt kết quả ở các sản phẩm EMTP trong lĩnh vực dân sự mà thôi Dĩ nhiên là họ muốn hợp tác với Châu Aâu

LEC nhờ vào sự phát triển của EMTP trong lĩnh vực dân sự, cho nên EMTP được đặt trên cơ sở mới hơn và bắt đầu thâm nhập vào châu Aâu Nhờ sự phân bố đầy đủ sức người và tiền bạc (sau này để trợ giúp cho các nhà chuyên môn làm công việc nghiên cứu và phát triển EMTP theo hợp đồng) cho nên BPA chiếm lĩnh sự phát triển EMTP trong khoảng 15 năm BPA làm mọi cách để đưa EMTP vào lĩnh vực dân sự và phân phát tự do cho các tổ chức cá nhân nào quan tâm đến EMTP lúc ban đầu Đây là thời kỳ thương mại hóa EMTP suốt mùa hè 1984

Ngày nay, EMTP được phát triển ở khắp Châu Aâu, Bắc Mỹ, Mỹ La Tinh và Châu Á, được nhiều tổ chức tham gia khả năng của ATP-EMTP

III MỘT SỐ KHẢ NĂNG CỦA ATP-EMTP

1 Mô hình của ATP-EMTP

Học viên: Trương Trung Hiếu Trang14

2 Các phần tử trong mạch

a) Các phần tử tuyến tính của đường dây

Resistor Điện trở thuần (Ω)

Capacitor Tụ điện với điện trở chống rung tắt dần (đơn vị μF nếu

LINE CONSTANTS CABLE CONSTANTS SEMLYEN SETUP JMARTI SETUP CABLE PARAMETERS NODA SETUP ARMAFIT BCTRAN XFORMER SATURA HYSDAT ZNOFITTER DATA BASE MODULE

SPY

Học viên: Trương Trung Hiếu Trang15

Inductor Cuộn cảm với điện trở chống rung tắt dần (đơn vị mH

nếu Xopt=0)

RLC 3-ph Mạch RLC mắc nối tiếp 3 pha, có giá trị độc lập trong

mỗi pha RLC-Y 3-ph Mạch 3 pha RLC mắc hình sao, có giá trị độc lập ở mỗi

pha RLC-D 3-ph Mạch 3 pha RLC mắc hình tam giác, có giá trị độc lập

trên mỗi pha C:U(0) Tụ điện phụ thuộc vào điều kiện điện áp ban đầu

L: I(0) Điện cảm phụ thuộc vào điều kiện điện trở ban đầu

b) Các dạng công tắt điều khiển trong ATP

Switch time controlled Công tắc 1 pha điều khiển theo thời gian

Swich time 3-ph Công tắc 3 pha điều khiển theo thời gian, vận

hành độc lập nhau Switch voltage contr Công tắc điều khiển điện áp

c) Các dạng nguồn điện cơ bản trong ATPDraw

(U/I=0 : nguồn áp)

(U/I=0 : nguồn áp)

AC 3-ph Type 14 Nguồn áp hoặc nguồn dòng AC 3 pha

(U/I=0 : nguồn áp)

Học viên: Trương Trung Hiếu Trang16

d) Một số mô hình cơ bản về máy biến áp trong ATPDraw

Saturable phase Máy biến áp một pha có thể bão hoà Saturable

3 phase

Máy biến áp 3 pha có thể bão hoà (2 cuộn dây hoặc 3 cuộn dây)

e) Một số mô hình đường dây thông số tập trung

1 phase

2 phase, không đối xứng

3 phase, không đối xứng

RL Coupled 51 + 2 phase Mô hình đường dây RL 2 pha, không

đối xứng

RL Coupled 51 + 3 phase Mô hình đường dây RL 3 pha, không

đối xứng, 3 nút

f) Một số mô hình đường dây thông số rãi

Transposed lines+1 phase Đường dây thông số rãi 1 pha, mô

hình Clarke Transposed lines+2 phase Đường dây thông số rãi 2 pha chuyễn

vị, mô hình Clarke

Học viên: Trương Trung Hiếu Trang17

Transposed lines+3 phase Đường dây thông số rãi 3 pha chuyễn

− Có thể quan sát tối đa 6 biến trên cùng đồ thị

− Thay đổi màu dạng sóng của các đại mô phỏng

− Xác định giá trị các đại lượng mô phỏng tại mọi vị trí bằng cách duy chuyển thanh vuông góc với trục hoành

− Có thể tích hợp với các chương trình khác ví dụ: Microsoft word …

V XÂY DỰNG MẠCH TƯƠNG ĐƯƠNG TRONG ATP-EMTP ĐỂ MÔ

PHỎNG SƠ ĐỒ CHỈNH LƯU TOÀN SÓNG

1 Sơ đồ mạch điện (H.3.1)

33Ω 1μF

33Ω 1μF

33Ω 1μF

33Ω 1μF

0,01Ω

1000 μ F 20Ω

U(0) =150V 1mH

300Ω 120V rms

-900

Học viên: Trương Trung Hiếu Trang18

2 Sơ đồ tương đương được xây dựng trong ATP-EMTP (H.3.2)

3 Kết qủa mô phỏng sử dụng PCPlot (H.3.3)

Học viên: Trương Trung Hiếu Trang 19

Học viên: Trương Trung Hiếu Trang 20

I HIỆN TƯỢNG QUÁ ĐIỆN ÁP ĐỘNG LỰC XẢY RA KHI ĐÓNG TRẠM

TỤ ĐỘC LẬP VÀO HỆ THỐNG

1 Phân tích hiện tượng

Khi thực hiện việc đóng một trạm tụ vào lưới, một dòng điện có tần số cao và biên độ lớn chảy vào trạm tụ để cân bằng điện áp của hệ thống và điện áp trạm tụ

Nếu hai điện áp là bằng nhau ngay tại thời điểm đóng vào thì không có dòng điện xung (inrush current) chảy vào trạm tụ Nếu hai điện áp này không bằng nhau ngay tại thời điểm đóng thì tồn tại một dòng điện xung có tần số và độ lớn được tính như sau:

b S

S

b C S m

CL2

1f

L

CEEI

π

=

−

=

Trong đó : E S: điện áp tức thời của nguồn (KV)

E C:điện áp tức thời trên trạm tụ (KV)

Cb : điện dung trạm tụ (F)

LS : điện cảm của nguồn (H)

Trong trường hợp này, giá trị của dòng điện xung có thể lớn gấp 5 đến15 lần dòng định mức của trạm tụ Khi khoá K đóng, một điện áp đột ngột cũng sinh ra Nếu khoá K được đóng ngay tại điện áp đỉnh, thì điện áp trên trạm tụ từ giá trị bằng không đột ngột tăng lên đến điện áp đỉnh của hệ thống Trong quá trình tăng đó sẽ gây nên hiện tượng quá áp, tương tự như dòng điện xung, độ vọt lố điện áp cũng có tần số cao

Như vậy, khi một trạm tụ được đóng vào hệ thống điện thì các hiện tượng quá độ dòng điện và điện áp xảy ra Điều này có thể ảnh hưởng đến cả trạm tụ lẫn hệ thống, gây quá điện áp trên các đơn vị tụ và có thể làm nổ chúng và nếu có quá nhiều đơn vị tụ hỏng thì có thể làm hỏng cả trạm tụ Dòng điện xung lớn có thể làm hỏng máy cắt, làm cho hệ thống relay và các thiết bị bảo vệ tác động sai

Học viên: Trương Trung Hiếu Trang 21

2 Bài toán khảo sát

Sơ đồ mạch điện gồm một nguồn phát có trở kháng 5,4Ω phát vào hệ thống 110KV, tần số 50Hz Tại nút 110KV, có đặt một trạm tụ bù tĩnh có công suất 50MVAr Hệ thống coi như là ba pha đối xứng, nên khi tính toán chỉ khảo sát trên một pha hình H.4.1

3 Thông số tính toán của mạch điện hình H.4.1

− Điện áp pha-đỉnh của nguồn phát:

898153

1100002

− Điện cảm của nguồn:

0172 , 0 100

4 ,

5 f 2

4 , 5 X

π

= π

= ω

− Điện dung của trạm tụ bù:

24250

110Q

0001,020

3C2

t20

,0

10.2,17.23

20t

L23

Học viên: Trương Trung Hiếu Trang 22

II ĐÓNG TRẠM TỤ VÀO LƯỚI KHI CÓ MỘT TRẠM TỤ KHÁC ĐANG

HOẠT ĐỘNG

1 Phân tích hiện tượng

Trong thực tế, một trạm tụ hiếm khi nằm tách biệt với hệ thống mà nó chịu ảnh hưởng của các trạm tụ khác Vì vậy nhiều hiện tượng phức tạp hơn có thể xảy ra khi đóng một trạm tụ vào hệ thống điện có các trạm tụ khác đang hoạt động Sự khuếch đại điện áp là một ví dụ Đây là trường hợp thường xảy ra khi một trạm tụ được đóng vào ở điện áp cao của hệ thống và sự khuếch đại độ vọt lố điện áp xảy ra trên trạm tụ đang hoạt động phía điện áp thấp

Nếu tần số cộng hưởng của hai nhánh xấp xỉ bằng nhau (L1×C1=L2×C2) thì sự khuếch đại điện áp sẽ rất cao vì mạch ở cấp điện áp thấp được bơm vào một nguồn điện áp tại tần số cộng hưởng Khuếch đại điện áp càng lớn khi tụ điện đóng vào lớn hơn nhiều so với tụ đang hoạt động ở phía điện áp thấp Sự khuếch đại điện áp này có thể gây hỏng các thiết bị, hỏng bộ chống sét van, gây nhiễu các thiết bị điện năng

2 Bài toán khảo sát

Xét hệ thống gồm nguồn điện có trở kháng 5,4Ω với điện áp phát 110KV, máy biến áp 3 pha loại 115/34,5KV có công suất 10MVA, xd’=10% Phía sơ cấp của máy biến áp có lắp một trạm tụ bù 50MVAr và phía thứ cấp của máy biến áp có lắp trạm tụ có công suất 2MVAr

3 Thông số của mạch điện

− Điện dung của trạm tụ 2MVAr phía 34,5KV được qui đổi về phía 115KV

Cb-cao

MBT

H.4.3 Sơ đồ mạch điện khảo sát H.4.4 Sơ đồ mạch tương đương

Học viên: Trương Trung Hiếu Trang 23

5,66122

115Q

U

2

2 cao 2

C = = = Ω

μ

=

⋅π

=ω

=

5,6612100

1Z

1C

2

− Điện cảm cuộn dây máy biến áp ở điện áp 115KV

25,13210

1151,0S

U1,0

T

2 cao

T = ⋅ = ⋅ = Ω

421,0100

25,132X

π

=ω

=

− Điện trở chống rung mắc nối tiếp với tụ C2

625,1510

48,02

0001,020

3C2

t20

, 0

421 , 0 2 3

20 t

L 2 3

4 Sơ đồ tương đương xây dựng trong ATP-EMTP H.4.5

III HIỆN TƯỢNG BACK-TO-BACK

1 Phân tích hiện tượng

Hiện tượng back-to-back là hiện tượng khi đóng một trạm tụ vào lưới có những trạm tụ khác đang hoạt động Khi đóng trong trường hợp này thì biên độ và tần số của dòng điện xung lớn hơn trường hợp chỉ có một trạm tụ Tần số quá độ của dòng điện xung này cũng có thể vượt quá tần số quá độ hiện thời của

89815 VVs

17.2mH

421mH

VC20.48 uF

SW1

13.15uFVC1

0.57 ohm

Học viên: Trương Trung Hiếu Trang 24

thiết bị đóng cắt Nó cũng có thể làm hỏng các thiết bị bảo vệ như cầu chì hay các relay

Biên độ và tần số của dòng điện quá độ được tính toán dựa vào mạch RC Hình H.4.6 minh họa một nhóm gồm N trạm tụ có cùng công suất đấu hình sao mắc song song nhau

Để đơn giản trong phân tích mạch điện Giả sử rằng điện cảm (LS +Lđd) rất lớn so với điện cảm L1 của mỗi trạm tụ Khi đó điện dung và điện cảm tổng của toàn bộ N trạm tụ được xác định như sau:

−

=

N

1 N C C

1 ) 1 N ( C

1 1

1 1

−

=

1N

NLL)1N(

L

T

Như vậy, sơ đồ H.4.6 có thể đơn giản hoá như H.4.7

2 Bài toán khảo sát

Khảo sát hiện tượng back-to-back xảy ra khi đóng một trạm có công suất 50MVAr vào thanh cái của hệ thống điện 110KV có một trạm tụ 50MVAr đang hoạt động

H.4.6 Mạch khảo sát hiện tượng back-to-back

Học viên: Trương Trung Hiếu Trang 25

3 Sơ đồ mạch điện tương đương H.4.8

4 Thông số của mạch điện H.4.8

− Chiều dài đoạn dây không đáng kể: Lđd = 0H

− Điện cảm nguồn phát: LS = 17,2mH

− Điện dung của từng trạm tụ 50MVAR: C1 = 13,15μF

− Điện cảm của mỗi trạm tụ: L1 = 24μH

− Điện trở chống rung trên từng trạm tụ: RS = 0,57Ω

− Điện trở chống rung của cuộn cảm của nguồn phát: Rf = 2293,33Ω

5 Sơ đồ tương đương trong ATP-EMTP H.4.9

IV HIỆN TƯỢNG PHÓNG ĐIỆN SỚM - HIỆN TƯỢNG PRESTRIKE

1 Mô tả hiện tượng

Hiện tượng phóng điện sớm (hiện tượng prestrike) xảy ra khi đóng các thiết bị đóng cắt (ví dụ: đóng máy cắt …) Khi tác động đóng máy cắt, thì tại thời

Học viên: Trương Trung Hiếu Trang 26

điểm các tiếp điểm của máy cắt gần tiếp xúc nhau thì giữa chúng có một điện trường lớn đặt lên chất điện môi Nếu điện trường lớn hơn khả năng chịu đựng của chất điện môi thì sẽ xảy ra hiện tượng phóng điện sớm, sau đó các tiếp điểm của máy cắt mới tiếp xúc nhau

Khi xảy ra hiện tượng prestrike, làm xuất hiện một dòng điện quá độ tần số cao Máy cắt sẽ ngắt dòng điện này khi nó qua giá trị không Lúc này điện áp quá độ sẽ cao hơn nhiều do điện áp tích lũy trên tụ

Để mô phỏng cả quá trình xảy ra của hiện tượng prestrike, chúng ta có thể sử dụng 3 công tắc trong ATP-EMTP điều khiển theo thời gian

− t1: biểu diễn thời điểm đóng máy cắt

− t2: biểu diễn thời gian xảy ra phóng điện (khoảng thời gian xuất hiện hồ quang)

− t3: biểu diễn thời điểm 2 tiếp điểm tiếp xúc nhau

2 Mô hình mô phỏng được xây dựng trong ATP-EMTP H.4.10

V HIỆN TƯỢNG PHÓNG ĐIỆN TRỞ LẠI – HIỆN TƯỢNG RESTRIKE

1 Mô tả hiện tượng

Hiện tượng phóng điện trở lại (restrike) xảy ra khi cắt thiết bị đóng cắt (ví dụ như khi cắt máy cắt…) Khi cắt máy cắt các tiếp điểm vừa mới tách ra khỏi nhau một khoảng cách nào đó, điện trường trên hai tiếp điểm tại thời điểm này lớn làm độ bền cách điện giữa hai tiếp điểm giảm xuống dẫn đến phóng điện trở lại

Học viên: Trương Trung Hiếu Trang 27

Để mô tả toàn bộ quá trình xảy ra của hiện tượng phóng điện trở lại, trong ATP-EMTP ta sử dụng ba công tắt được điều khiển theo thời gian

− t1: thời điểm cắt máy cắt

− t2: thời điểm phóng điện trở lại

− t3: thời điểm kết thúc quá trình phóng điện

2 Sơ đồ mô phỏng được xây dựng trong ATP-EMTP H.4.11

Học viên: Trương Trung Hiếu Trang28

CHƯƠNG 5

PHÂN TÍCH KẾT QỦA MÔ PHỎNG CÁC TRƯỜNG HỢP

CƠ BẢN TRONG ĐÓNG

TRẠM TỤ BÙ

Học viên: Trương Trung Hiếu Trang29

I KẾT QỦA MÔ PHỎNG HIỆN TƯỢNG QUÁ ĐIỆN ÁP ĐỘNG LỰC

− Khảo sát thời điểm đóng trạm tụ ở t= 0ms lúc điện áp trên tụ Vc=0

− Khảo sát thời điểm đóng trạm tụ ở t= 0ms lúc điện áp trên tụ Vc=-0,5Vs

− Khảo sát thời điểm đóng trạm tụ ở t= 0ms lúc điện áp trên tụ Vc=0,5Vs

Điện áp nguồn và điện áp trên trạm tụ (Vmax=1,402 p.u) Dòng điện qua trạm tụ

Điện áp nguồn và điện áp trên trạm tụ (Vmax=1,148 p.u) Dòng điện qua trạm tụ

Điện áp nguồn và điện áp trên trạm tụ (V max =1,475 p.u) Dòng điện qua trạm tụ

Học viên: Trương Trung Hiếu Trang30

− Khảo sát thời điểm đóng trạm tụ ở t= 0ms lúc điện áp trên tụ Vc=-Vs

Khảo sát thời điểm đóng trạm tụ ở t= 0ms lúc điện áp trên tụ Vc=Vs

− Khảo sát thời điểm đóng trạm tụ ở t= 5ms lúc điện áp trên tụ Vc= 0

Điện áp nguồn và điện áp trên trạm tụ (Vmax=1,877 p.u) Dòng điện qua trạm tụ

Điện áp nguồn và điện áp trên trạm tụ (Vmax=1,793)

)

Dòng điện qua trạm tụ Điện áp nguồn và điện áp trên trạm tụ (Vmax=1,892 p.u) Dòng điện qua trạm tụ

Học viên: Trương Trung Hiếu Trang31

− Khảo sát thời điểm đóng trạm tụ ở t= 5ms lúc điện áp trên tụ Vc= -0,5Vs

− Khảo sát thời điểm đóng trạm tụ ở t= 5ms lúc điện áp trên tụ Vc= 0,5Vs

− Khảo sát thời điểm đóng trạm tụ ở t= 5ms lúc điện áp trên tụ Vc= -Vs

Điện áp nguồn và điện áp trên trạm tụ (V max =2,349 p.u) Dòng điện qua trạm tụ

Điện áp nguồn và điện áp trên trạm tụ (V max =1,405 p.u) Dòng điện qua trạm tụ

Điện áp nguồn và điện áp trên trạm tụ (Vmax=2,794 p.u) Dòng điện qua trạm tụ