MÔ PHÓNG, PHÂN TÍCH QUÁ TRÌNH QUÁ ĐỘ TRONG MÁY BIẾN ÁP BẰNG PHẦN MÈM ATP - EMTP

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ NGÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN  LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: MƠ PHỎNG, PHÂN TÍCH Q TRÌNH Q ĐỘ TRONG MÁY BIẾN ÁP BẰNG PHẦN MỀM ATP - EMTP GVHD SVTH MSSV LỚP : TH.S NGUYỄN TUẤN DŨNG : TRẦN VĂN QUYẾT : 710091D : 07DD1N TP HỒ CHÍ MINH 07/2009 LỜI CẢM ƠN Trong thời gian học tập trường ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THÁNG Với dạy bảo tận tình thầy cô Khoa Điện – Điện Tử, em học tập nhiều kiến thức q báu kinh nghiệm thực tế từ thầy cô Với vốn kiến thức tích luỹ góp phần xây tảng cho em vững tin bước vào lónh vực kỹ thuật tương lai Qua luận văn này, em xin chân thành cảm ơn Thầy NGUYỄN TUẤN DŨNG – người trực tiếp hướng dẫn em thực luận văn Em xin chân thành cảm ơn thầy cô Khoa Điện – Điện Tử , bạn bè người thân gia đình luôn cố gắng tạo điều kiện , giúp đỡ động viên em trình thực luận văn Em xin chân thành cảm ơn Tp Hồ Chí Minh, ngày 22 tháng 03 năm 2009 Sinh viên thực TRẦN VĂN QUYẾT TÓM TẮT LUẬN VĂN Q trình q độ đóng máy biến áp không tải cố ngắn mạch ngồi máy biến áp có ảnh hưởng khơng nhỏ đến việc vận hành bảo vệ máy biến áp hệ thống điện Dịng xung kích hình thành q trình đóng máy biến áp lực vào nguồnn, vào luới,ngắn mạch máy biến áp, ngắn mạch máy biến áp kích nguồn thường gây tượng tác động nhầm máy cắt Các tượng độ khảo sát phần mền ATP-EMTP ATP-EMTP phần mền chuyên dụng dùng để mo tượng độ hệ thống điện Ttrong luận văn khai thác mộ phần nhỏ ứng dụng ATP-EMTP Luận văn chia làm chương Chƣơng 1: GIỚI THIỆU MỘT SỐ KHÀ NĂNG CỦA ATP-EMTP THIẾT BỊ CỤ THỂ DƢỢC DÙNG CHỦ YẾU TRONG LUẬN VĂN 1.1 CHƢƠNG TRÌNH EMTP 1.2 CHƢƠNG TRÌNH ATP-EMTP 1.2.1 Sơ lược lịch sử phát triển ATP 1.2.2 Những vận hành khả ATP 1.2.3 Các module khảo sát tích hợp ATP 1.2.4 Những đặc tính chương trình vẽ đồ thị ATP 1.2.5 Những ứng dụng ATP-EMTP 1.3 SƠ LƢỢC VỀ PHẦN MỀN ATMDRAW 5 1.3.1 Menu 1.3.2 Thanh cơng cụ 1.3.3 Thanh công cụ phần tử 1.3.4Thanh trạng thái 1.3.5Menu lựa chọn phần tử Chƣơng 2: LÝ THUYẾT VỀ QUÁ ĐỘ VÀ MÁY BIẾN ÁP 17 1.1 ĐIỆN TỪ 17 1.2 QUÁ ĐỘ ĐIỆN TỪ 18 1.2.1 Quá độ dạng sóng xung 18 1.2.2 Quá độ dạng song dao động 18 1.3 QUÁ ĐỘ ĐIỆN ÁP XẢY RA TRONG KHOẢNG THỜI GIAN DÀI 1.3.1 Quá áp 1.3.2 Sụt áp 19 19 19 1.4 QUÁ ĐỘ ĐIỆN ÁP XẢY RA TRONG KHOẢNG THỜI GIAN NGẮN 20 1.4.1 Sự gián đoạn cung cấp điện thời gian gắn 20 1.4.2 Sự vọt lố điện áp 20 1.4.3 Sự sụt áp 21 LÝ THUYẾT VẾ MÁY BIẾN ÁP 23 2.1 LÝ THUYẾT TỔNG QUÁT VỀ MÁY BIẾN ÁP 23 2.1.1 Cấu tạo: 23 2.1.2 Nguyên lý làm việc máy biến áp 24 2.1.3 Dịng từ hố 27 2.1.4 Quá kích MBA 30 2.1.5 Ngắn mạch bên MBA 30 2.1.6 Các đặc tính Relay bảo vệ so lệch MBA 32 2.2 MÔ PHỎNG CÁC DẠNG DÕNG TỪ HỐ, DÕNG KÍCH THÍCH, DÕNG NGẮN MẠCH BÊN TRONG VÀ DÕNG NGẮN MẠCH BÊN NGỒI 33 2.2.1Mơ hình mơ chương trình ATP: 2.2.1 Cửa sổ thơng số nạp vào thiết bị mạch mơ hình mơ 34 Chƣơng 3: ĐĨNG MÁY BIẾN ÁP KHƠNG TẢI VÀO NGUỒN 37 LÝ THUYẾT VỀ HIỆN TƢỢNG XUNG KÍCH KHI DĨNG MÁY BIẾN ÁP KHƠNG TẢI 37 PHÂN LOẠI CÁC TRƢỜNG HỢP ĐÓNG MÁY BIẾN ÁP 2.1 Xét trường hợp đóng máy biến áp khơng tải vào nguồn 44 44 2.2 Xét trường hợp đóng máy biến áp khơng tải ba pha vào nguồn 44 Chƣơng 4: KẾT QUẢ MƠ PHỎNG CÁC DẠNG SĨNG Q ĐỘ TRÊN ATP KHI ĐĨNG DÕNG XUNG KÍCH , NGẮN MÂCH TRONG, NGẮN MẠCH NGOÀI VÀ BẢO HÕA TỪ CỦA MÁY BIẾN ÁP MƠ HÌNH MƠ PHỎNG VÀ THƠNG SỐ NẠP 52 KẾT QUẢ MƠ PHỎNG DÕNG TỪ HĨA KHI ĐĨNG MÁY BIẾN ÁP KHƠNG TẢI VÀO NGUỒN 57 2.1 Đóng máy biến áp không tải vào nguồn 57 2.2 Kết mơ dịngngắn mạch bên 65 2.3 Kết mơ dịngngắn mạch bên ngồi 71 2.4 Kết mơ dịng q kích 77 Hồn tất 87 CHƯƠNG I: CHƯƠNG TRÌNH ATP-EMTP CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU SƠ LƯC VỀ CHƯƠNG TRÌNH ATP – EMTP 1.1 CHƯƠNG TRÌNH EMTP: EMTP (Electromagnetic Transients Program) chương trình máy tính dùng để mô tượng điện từ, điện trình độ hệ thống điều khiển hệ thống điện nhiều pha Ban đầu, EMTP phát triển máy tính kỹ thuật số dùng phân tích mạng độ (TNA – Transient Network Analyzer) Hàng năm, có nhiều khả khác thêm vào chương trình EMTP ngày trở thành tiêu chuẩn thực công nghiệp hữu ích 1.2 CHƯƠNG TRÌNH ATP – EMTP 1.2.1 Sơ lược lịch sử phát triển atp:  ATP (Alternative Transients Program) xem chương trình sử dụng rộng rãi để mô tượng độ điện từ, điện trình độ hệ thống điện ATP dùng để khảo sát mạng điện phức tạp hệ thống điều khiển chuyên biệt Ngoài ra, ATP chứa đựng nhiều mô hình mở rộng đặc tính quan trọng bên cạnh việc khảo sát độ  EMTP (Electromagnetic Transients Program) phát triển mang tính đại chúng tại Bonneville Power Administration (BPA) Portland Tại Oregon, EMTP thương mại hóa vào năm 1984 bởiø nhóm phát triển EMTP (EMTP Development Coordination Group) hội nghiên cứu điện lực (Electric Power Research Institute – EPRI) Palo Alto Không đồng tình với việc làm đó, hai giáo sư Meyer Liu cho đời chương trình từ EMTP miễn phí BPA ATP vào năm 1984 Từ đó, ATP tiếp tục phát triển hai giáo sư – đồng chủ tịch Canadian / American EMTP User Group – hỗ trợ cộng đồng giới Từ năm 1975, vài chuyên gia toàn giới hỗ trợ cho EMTP ATP SVTH: Trần Văn Quyết -1- CHƯƠNG I: CHƯƠNG TRÌNH ATP-EMTP  Như vậy, EMTP đòi hỏi chi phí cho việc sử dụng ATP hoàn toàn miễn phí với tất người, đặc biệt quan tâm đến việc khảo sát độ Đây lợi lớn phần mềm ATP 1.2.2 Những vận hành khả atp:  ATP tính toán giá trị cần quan tâm hệ thống điện theo hàm thời gian, đặc biệt có nhiễu Quy tắc hình thang ẩn phép tích phân sử dụng để giải phương trình khác phần tử hệ thống miền thời gian Điều kiện khác không ban đầu giải giải pháp Steady – state hay người sử dụng nhập vào cho thành phần đơn giản  ATP gồm nhiều mô hình bao gồm: động cơ, máy biến áp, thu sét, đường dây cáp Giao diện truy xuất tới module chương trình TACS (Transient Analysis of Control Systems) MODELS (ngôn ngữ giả lập) cho phép thành lập hệ thống điều khiển phần tử phi tuyến hồ quang, vầng quang Hệ thống động không bao gồm mạng điện mô cách sử dụng mô hình điều khiển TACS MODELS  Nhiễu đối xứng bất đối xứng như: ngắn mạch, sét đánh hay vận hành đóng cắt theo thời gian khảo sát Để phân tích sóng hài miền tần số ta sử dụng phương pháp Harmonic Frequency Scan để tính toán đáp ứng tần số mạng điện ta dùng phương pháp Frequency Scan Thư viện mô hình ATP bao gồm thành phần sau:  Đường dây đơn đôi, khối R, L, C  Đường dây truyền tải cáp với thông số phân bố tần số riêng biệt  Điện trở cuộn cảm phi tuyến, điện trở thay đổi theo thời gian, TACS / MODELS điều khiển trở kháng  Các thành phần phi tuyến: máy biến áp bão hòa từ trễ, bắt xung, hồ quang điện  Các công tắc thông thường, công tắc độc lập với thời gian hay độc lập với điện áp, công tắc thống kê  Các van (diode, thyristor, triac), TACS / MODELS điều khiển công tắc SVTH: Trần Văn Quyết -2- CHƯƠNG I: CHƯƠNG TRÌNH ATP-EMTP  Nguồn tích phân: hàm bậc thang, hàm dốc, hàm sin, xung chức năng, nguồn TACS / MODELS  Các máy điện: máy pha đồng bộ, mô hình tổng quát máy điện  Các thành phần điện tạo người sử dụng 1.2.3 Các module khảo sát tích hợp atp:  MODELS ATP ngôn ngữ mô tả hỗ trợ bỡi công cụ mở rộng dùng phát biểu nghiên cứu hệ thống thay đổi theo thời gian  Cấu trúc mô hình cho phép sử dụng định dạng tự do, cấu trúc từ khóa văn riêng biệt  MODELS cho phép mô tả tùy ý theo người sử dụng điều khiển thiết bị mạch, hỗ trợ giao diện đơn giản để kết nối với chương trình mô hình khác ATP  Với tính công cụ mang tính chương trình, MODELS dùng để thực thi, tính toán kết theo miền tần số, miền thời gian  TACS module dùng phân tích miền thời gian hệ thống điều khiển TACS thực phát triển để khảo sát hệ thống chuyển đổi điều khiển HVDC Trong TACS, biểu đồ khối tượng trưng cho hệ thống điều khiển dùng TACS dùng để mô phỏng:  Hệ thống chuyển đổi điều khiển HVDC  Hệ thống kích thích máy đồng  Điện tử công suất  Hồ quang điện  Giao diện hệ thống điện TACS thiết lập chuyển đổi dấu hiệu sau: nút điện áp, công tắc dòng điện, công tắc trạng thái, điện trở thay đổi theo thời gian, nguồn áp nguồn dòng  SUPPORTING ROUTINES: công cụ tiện ích tích hợp bên chương trình Nó hỗ trợ cho người sử dụng việc chuyển đổi định dạng khác (từ định dạng nhà sản xuất sang định dạng cần thiết chương trình Công cụ giúp tính toán thông số điện đường dây, cáp từ liệu số hình học Module Supporting routines có thể: SVTH: Trần Văn Quyết -3- CHƯƠNG I: CHƯƠNG TRÌNH ATP-EMTP  Tính toán thông số điện đường dây cao cáp cách sử dụ ng caùc module: LINES CONSTANTS, CABLE CONSTANTS, CABLE PARAMETERS  Tính toán liệu mô hình máy biến áp  Chuyển đổi bão hòa đường cong trễ  Cơ sở liệu module 1.2.4 Những đặc tính chương trình vẽ đồ thị atp:  Những chương trình vẽ đồ thị phối hợp với ATP hiển thị kết mô theo thời gian Dữ liệu mô ATP lưu dạng “file.pl4” chương trình vẽ đồ thị gọi  Có nhiều chương trình như: TPPLOT, WPCPLOT, DisplayNT, PL42mat, GTPPLOT, ATP Analyzer, DspATP32, HFSPlot, PL42mcad Nhöng luận văn sử dụng chương trình PlotXY để vẽ đồ thị 1.2.5 Những ứng dụng atp – emtp ATP – EMTP sử dụng rộng rãi việc khảo sát tượng đóng cắt, phân tích dòng sét, phối hợp cách điện, bảo vệ relay, đánh giá họa tầng chất lượng điện năng, khảo sát mô hình HVDC FACTS Những ứng dụng ATP – EMTP bao gồm:  Quá áp chống sét SVTH: Trần Văn Quyết -4- CHƯƠNG I: CHƯƠNG TRÌNH ATP-EMTP  Đóng cắt độ cố  Quá áp có hệ thống ước lượng dòng điện cố không đối xứng  Siêu độ trạm GIS nối đất  Mô hình máy điện  Ổn định độ, khởi động động  Đóng cắt máy biến áp, điện trở shunt trạm tụ  Điện tử công suất  Đóng cắt CB, hạn dòng  Các thiết bị FACTS: STATCOM, SVC, UPFC, TCSC  Phân tích họa tầng, cộng hưởng mạng  Kiểm tra thiết bị bảo vệ 1.3 SLƯC VỀ PHẦN MỀM ATPDraw Cửa sổ làm việc thành phần ATPDraw Menu Thanh công cụ Thanh công cụ phần tử Nút cửa sổ làm việc Mạch điện khảo sát Vùng làm việc SVTH: Trần Văn Quyết -5- Chương IV: MƠ PHỎNG b Tại thời điểm t = 0.005s, điện trở ngắn mạch r = 10 Ohm: Dòng điện vào máy biến áp (c3-4) Dòng sơ cấp chạy qua CT 1200/5 (c:8-5), dòng thứ cấp CT 200/5 (c:5-6) SVTH: Trần Văn Quyết Chương IV: MÔ PHỎNG Dòng so lệch chạy qua cuộn so lệch relay (c:9-10) c Tại thời điểm t = 0.005s, điện trở ngắn mạch r = 100 Ohm: Dòng điện di vào máy biến áp (c3-4) SVTH: Trần Văn Quyết Chương IV: MƠ PHỎNG Dịng sơ cấp chạy qua CT 1200/5 (c:8-5), dòng thứ cấp CT 200/5 (c:5-6) Dòng so lệch chạy qua cuộn so lệch relay (c:9-10) SVTH: Trần Văn Quyết Chương IV: MƠ PHỎNG Thời gian đóng khóa NM MBA t(s) Độ lốn điện trở ngắn mạch (Ohm) Dòng vào MBA (kA) (c 3-4) 0.001 0.005 0.005 10 10 100 36.65 36.65 29 Dòng qua Dòng qua CT 200/5 CT 1200/5 (A) (c 5-6) (A) (c 8-5) ( 129 126.5 100 152.75 152.73 121 Dòng so lệch qua rơle (A) (c 9-10) -93.5 -85 -78.5 Bảng thông số biên độ dòng đỉnh( Trên bảng dấu trừ “-“ ứng với biên độ âm) Nhận xét: Dựa vào bảng thơng số biên độ dịng đỉnh dạng sóng trường hợp mơ ngắn mạch ngồi máy biến áp theo thời gian điện trở ngắn mạch Xét ngắn mạch bên thời điểm thời gian khác mà điện trở ngắn mạch khơng thay đổi dịng ngắn mạch đổ máy biến áp không thay đổi Xét ngắn mạch bên thời điểm mà điện trở ngắn mạch thay đổi nhỏ dịng ngắn mạch đổ máy biến áp thay đổi tỉ lệ ngịch với thay đổi điện Do ngắn mạch bên máy biến áp thường điện trở tương đối lớn nên dòng ngắn mạch đổ máy biến áp có biên độ tương đối nhỏ Nên rơle khơng tác động dịng ngắn mạch chưa tới ngưỡng bảo vệ rơle Như vậy: Khi ngắn mạch bên máy biến áp, điện trở ngắn mạch nhỏ dịng q độ sinh máy biến áp lớn gây nhiều thiệt hại cho máy biến áp tác động nhầm rơle So với dịng ngắn mạch bên ngồi đổ máy biến áp gây thiệt hại cho máy biến áp xảy tác động nhầm rơle SVTH: Trần Văn Quyết Chương IV: MÔ PHỎNG 2.4 Kết mơ dịng q kích: a Tại tần số 35Hz: dòng vào máy biến áp( c3-4) Dòng sơ cấp chạy qua CT 1200/5 (c:8-5), dòng thứ cấp CT 200/5 (c:5-6) SVTH: Trần Văn Quyết Chương IV: MÔ PHỎNG Dòng so lệch chạy qua cuộn so lệch relay (c:9-10) b Tại tần số 25Hz: dòng vào máy biến áp( c3-4) SVTH: Trần Văn Quyết Chương IV: MƠ PHỎNG Dịng sơ cấp chạy qua CT 1200/5 (c:8-5), dòng thứ cấp CT 200/5 (c:5-6) Dòng so lệch chạy qua cuộn so lệch relay (c:9-10) c Tại tần số 15Hz: SVTH: Trần Văn Quyết Chương IV: MÔ PHỎNG dòng vào máy biến áp( c3-4) Dòng sơ cấp chạy qua CT 1200/5 (c:8-5), dòng thứ cấp CT 200/5 (c:5-6) SVTH: Trần Văn Quyết Chương IV: MƠ PHỎNG Dịng so lệch chạy qua cuộn so lệch relay (c:9-10) d Tại điện áp nguồn U = 23.000 (V) : Dòng điện di vào máy biến áp (c3-4) SVTH: Trần Văn Quyết Chương IV: MƠ PHỎNG Dịng sơ cấp chạy qua CT 1200/5 (c:8-5), dòng thứ cấp CT 200/5 (c:5-6) Dòng so lệch chạy qua cuộn so lệch relay (c:9-10) e Tại điện áp nguồn U = 26.500 (V) : SVTH: Trần Văn Quyết Chương IV: MƠ PHỎNG Dịng điện vào máy biến áp (c3-4) Dòng sơ cấp chạy qua CT 1200/5 (c:8-5), dòng thứ cấp CT 200/5 (c:5-6) SVTH: Trần Văn Quyết Chương IV: MƠ PHỎNG Dịng so lệch chạy qua cuộn so lệch relay (c:9-10) f Tại điện áp nguồn U = 30.000 (V) : Dòng điện vào máy biến áp (c3-4) SVTH: Trần Văn Quyết Chương IV: MƠ PHỎNG Dịng sơ cấp chạy qua CT 1200/5 (c:8-5), dòng thứ cấp CT 200/5 (c:5-6) Dòng so lệch chạy qua cuộn so lệch relay (c:9-10) Giảm tần số (Hz) giữ điện áp định mức Dòng vào MBA (kA) (c 3-4) Dòng qua Dòng qua CT 200/5 CT 1200/5 (A) (c 6-5) (A) (c 8-5) ( Dòng so lệch qua rơle (A) (c 9-10) 35 25 -45 -52.85 -12.26 -16.54 -178.65 -207.45 SVTH: Trần Văn Quyết -173.34 -220.3 Chương IV: MÔ PHỎNG 15 -59.2 -21.1 -246.5 Tăng diện áp nguồn (kV) giữ tần số định mức Dòng vào MBA (kA) (c 3-4) Dòng qua Dòng qua CT 200/5 CT 1200/5 (A) (c 6-5) (A) (c 8-5) Dòng so lệch qua rơle (A) (c 9-10) 23 26.5 15 -57.2 -70.3 -81.75 -14.12 -17.3 -20.5 -235.2 -281 -326.5 -224.63 -292.9 -341.5 -227.8 Bảng thông số biên độ dòng đỉnh ( Trên bảng dấu trừ “-“ ứng với biên độ âm) Nhận xét: Theo Bảng thông số biên độ dịng đỉnh dạng sóng trường hợp mơ q kích biến đổi theo trình giảm tần số thấp tần số định trình tăng điện áp nguồn lớn so với giá trị điện áp định mức nguồn Như mức độ nguy hiểm dịng q kíchchậy vào máy biến áp phụ thuộc vào tần số nguồn nhỏ tần số định mức điện áp nguồn lớn điện áp định mức Tần số nhỏ so với tần số định mức điện áp lớn so với điện áp định mức dịng vào máy biến áp lớn gây thiệt hại nhiều cho máy biến áp SVTH: Trần Văn Quyết TÀI LIỆU THAM KHẢO Sách tham khảo: Trần khánh hà- Phan Tử Thụ Máy Điện I, Nhà XB Khoa Học Kỹ Thuật hà nội, 1997 Phạm Văn Bình- Lê Văn Doanh Lý Thuyết Vận Hành Máy Biến Áp, Nhaø XB Khoa Học Kỹ Thuật 2002 Trần Quang Khánh Bảo Vệ Rơle Và Tụ Dộng Hóa Trong Hệ Thống Điện, Nhà Xuất Bản Giáo Dục Phạm Thị Cư, Mạch Điện II, Nhà Xuất Bản Giáo Dục, 1996 Rule Book ATP_EMTP I vaø II ... tắc thông thường, công tắc độc lập với thời gian hay độc lập với điện áp, công tắc thống kê  Các van (diode, thyristor, triac), TACS / MODELS điều khiển công tắc SVTH: Trần Văn Quyết -2- CHƯƠNG