NGHIÊN CỨU GIẢM HỒ QUANG THỨ CẤP CỦA ĐƯỜNG DÂY MẠCH KÉP PLEIKU – CẦU BÔNG
ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 5(90).2015 NGHIÊN CỨU GIẢM HỒ QUANG THỨ CẤP CỦA ĐƯỜNG DÂY MẠCH KÉP PLEIKU – CẦU BÔNG RESEARCH REDUCE SECONDARY ARC OF PLEIKU-CAU BONG DOUBLE LINE Nguyễn Hồng Anh Trường Đại học Quy Nhơn; nhanh@qnu.edu.vn Tóm tắt - Bài báo trình bày kết nghiên cứu ảnh hưởng hoán vị đường dây đến hồ quang thứ cấp Đặc biệt tính toán chứng minh sơ đồ đường dây hoán vị 500kV Pleiku-Cầu Bông chưa thật tối ưu xảy cố Qua báo trình bày giải pháp hoán vị giảm thời gian chết (Tdead time), nâng cao ổn định hệ thống xảy cố Để có kết nghiên cứu báo sử dụng phần mềm EMTP-RV để xây dựng mơ hình thiết bị hệ thống, kết cấu lưới với thực tế Giả thiết trường hợp cố vị trí khác cung đường dây truyền tải Pleiku-Cầu Bông để kiểm tra hồ quang thứ cấp Kết dạng sóng điện áp, dịng điện thu thực mô Abstract - This paper presents the researched results for the influences of line transposition to secondary arc Special calculation proves that 500kV Pleiku - Cau Bong transmission line transposition isn't really optimal when fault Therefore, the paper also presents new optimized transposition solution to reduce dead time (Tdead time), and improve the system stability when fault To receive the researched results, EMTP-RV software has been used to build the equipment model and system, network structure is right with actually Assuming that the incidents to check secondary arc are at different positions on 500kV Pleiku - Cau Bong transmission line, the results will be voltage, current waveforms when simulation Từ khóa - EMTP-RV; hốn vị; dịng điện hồ quang; hồ quang thứ cấp; điện áp phục hồi Key words - EMTP-RV; transposition; arc current; secondary arc; transient recovery voltage Đặt vấn đề Hồ quang thứ cấp tượng nguy hiểm độ, ảnh hưởng trực tiếp đến thành bại sử dụng kỹ thuật đóng lặp lại pha (Single Phase Auto Reclose – SPAR) Việc giảm thời gian tồn hồ quang thứ cấp giải pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện Hồ quang thứ cấp liên quan đến hoán vị, đảo pha đường dây, đặc biệt đường dây mạch kép Theo Quy phạm trang bị điện 2006, điều II.5.8 yêu cầu sơ đồ đảo pha đường dây không hai mạch điện áp chung cột phải giống nhau, việc thiết kế vận hành đường dây theo quy phạm điều bắt buộc Tuy nhiên, qua trình vận hành cho thấy sơ đồ đảo pha quy phạm yêu cầu chưa phù hợp, ảnh hưởng nhiều đến vận hành tin cậy hệ thống thời gian chết chờ cho đóng lặp lại thành cơng bị kéo dài, đặc biệt đường dây dài 200km Để chứng minh nhận định này, báo tập trung nghiên cứu đường dây mạch kép 500kV Pleiku Cầu Bơng có chiều dài 437km với sơ đồ đảo pha vận hành thực tế theo [8] đề xuất giải pháp hoán vị giảm thời gian tồn hồ quang Các tính tốn nghiên cứu ứng dụng phần mềm EMTP-RV theo sơ đồ lưới 500kV, 220kV Việt Nam năm 2015 Các khái niệm 2.1 Hồ quang thứ cấp Hồ quang thứ cấp đường dây 500 kV tổng dòng điện hỗ cảm, hỗ dung pha mang điện gần kề pha cố sau đường dây bị cắt máy cắt hai đầu Dòng điện hồ quang thứ cấp dòng điện tồn sau loại trừ cố pha chạm đất thoáng Điện áp phục hồi gọi điện áp chỗ cố sau hồ quang thứ cấp tắt trước đóng lại đường dây cố Theo [1], dòng điện hồ quang thứ cấp điện áp phục hồi bao gồm phần điện dung (ISC, USC) phần điện kháng (ISL, USL), có cơng thức tính sau: 𝑰𝑺 = 𝑰𝑺𝑪 + 𝑰𝑺𝑳 𝑼𝑺 = 𝑼𝑺𝑪 + 𝑼𝑺𝑳 2.1.1 Dòng điện điện áp ảnh hưởng điện trường Giả thiết cố pha C mạch đường dây mạch kép, ta có cơng thức sau: Dịng điện phụ thuộc vào thông số điện dung ISC = (EIIA + EIIB)ωCm +(EIA + EIB + EIC)ωC’m (A/km) (1) Điện áp phụ thuộc vào thông số điện dung 𝑈𝑆𝐶 = ′ (𝐸𝐼𝐼𝐴 +𝐸𝐼𝐼𝐵 )𝐶𝑚 +(𝐸𝐼𝐴 +𝐸𝐼𝐵 +𝐸𝐼𝐶 )𝐶𝑚 ′ +2𝐶 𝐶𝑔 +3𝐶𝑚 𝑚 (kV) (2) A B I ~ C C’m A Cm B C’m C’m Cm II C Cm Cg Cg Cg Fault Hình Sơ đồ ngun lý chung thơng số ảnh hưởng điện trường ~ CT ET Cg Usc Rarc Hình Sơ đồ nguyên lý rút gọn thơng số ảnh hưởng điện trường Trong đó: Cm, C’m: Điện dung dây dẫn mạch mạch với mạch kia; Cg: Điện dung pha với đất; CT: Điện dung tổng có ảnh hưởng đến pha cố; : tốc độ góc; EIA, EIB, EIC, EIIA, EIIB, EIIC: Điện áp pha mạch Nguyễn Hồng Anh Theo công thức (1) (2), ISC phụ thuộc nhiều vào chiều dài đường dây truyền tải, USC phụ thuộc 2.1.2 Dòng điện điện áp ảnh hưởng từ trường ESL1 R1 jX1 jX2 ~ jXshunt1 R2 ESL2 ~ jXshunt2 USL Rshunt1 Các yếu tố ảnh hưởng đến hồ quang thứ cấp 3.1 Thông số điện dung hỗ dung Do chiều dài đường dây truyền tải lớn lại qua địa hình khác nhau, đồng thời bố trí pha không giống nhau, nên thông số điện dung, điện cảm pha khác nhau, dẫn đến cần dòng điện điện áp pha Vì hốn vị đường dây có nhiệm vụ cân thơng số pha Rarc IS Rshunt2 A B C B C A C A B L Hình Các thơng số ảnh hưởng từ trường Dòng điện phụ thuộc vào điện cảm đường dây 𝐼𝑆𝐿 = (𝐸𝑆𝐿1 −𝐸𝑆𝐿2 )𝑅𝑠ℎ𝑢𝑛𝑡 (𝑅𝑠ℎ𝑢𝑛𝑡1 +𝑅1 +𝑅𝑎𝑟𝑐 )(𝑅𝑠ℎ𝑢𝑛𝑡2 +𝑅2 +𝑅𝑎𝑟𝑐 )−𝑅𝑎𝑟𝑐 Hình Sơ đồ nguyên lý mạch đường dây hoán vị (3) Điện áp phụ thuộc vào điện cảm đường dây 𝑈𝑆𝐿 = 𝐸𝑆𝐿1 (𝑅1 +𝑅𝑠ℎ𝑢𝑛𝑡1 )−𝐸𝑆𝐿2 (𝑅2 +𝑅𝑠ℎ𝑢𝑛𝑡2 ) 𝑅𝑠ℎ𝑢𝑛𝑡1 +𝑅𝑠ℎ𝑢𝑛𝑡2 +𝑅1 +𝑅2 (4) Trong đó: ESL1, ESL2: Điện áp cảm ứng từ pha không bị cố sang pha cố; Rshunt, Xshunt: Điện trở điện kháng kháng bù ngang; R1,2: Điện trở đường dây; X1,2: Điện kháng đường dây bị cố; Theo quan niệm trước việc hốn vị đường dây truyền tải nhằm giảm cân dòng điện điện áp chế độ vận hành bình thường Tuy nhiên thật hốn vị đường dây khơng ảnh hưởng đến chế độ vận hành bình thường, mà cịn có tác động trực tiếp xảy độ Theo cơng thức (1) (2) ta nhận thấy dịng điện hồ quang thứ cấp biên độ điện áp phục hồi phụ thuộc vào thông số hỗ dung mạch Theo [5], [9] đường dây mạch kép, thành phần điện dung pha mạch hai mạch phụ thuộc vào khoảng cách hình học pha A Rarc: Điện trở hồ quang thứ cấp Theo (3), (4) ISL, USL ảnh hưởng điện áp đường dây, vị trí cố điện trở kháng bù ngang Tdead time = Tdc + Tarc + Tdielectric Ở đây: C’ m Cm Cg Cm 2.2 Thời gian chết (Tdead time) đường dây 500kV Thời gian chết đóng lại pha cho đường dây 500kV thực bù ngang tính theo cơng thức sau: B Cm Cg Cg Cg C Hình Các thơng số điện dung pha mạch mạch Điện dung pha so với đất Tarc: thời gian cần thiết để dập tắt thành phần 50 Hz tra theo đồ thị Hình [10] Tdielectric: thời gian cần thiết để phục hồi cách điện = 100ms Tdc: thời gian để có điểm khơng dòng hồ quang thứ cấp 𝐶𝑔 = 0,02413 𝑙𝑜𝑔10 8ℎ3 𝐺𝑀𝑅𝑐.𝐺𝑀𝐷2 (µF/Km) (5) Điện dung hỗ cảm pha mạch 𝐶𝑚 = 2ℎ 𝐺𝑀𝐷 𝐺𝑀𝐷 8ℎ3 𝑙𝑜𝑔10 𝑏 𝑙𝑜𝑔10 𝑟 𝐺𝑀𝑅𝑐.𝐺𝑀𝐷2 0,02413 𝑙𝑜𝑔10 (µF/Km) (6) Điện dung hỗ cảm pha mạch 𝐶′𝑚 = 2ℎ 𝐺𝑀𝐷 𝐺𝑀𝐷 𝑙𝑜𝑔10 𝑙𝑜𝑔10 𝐺𝑀𝑅𝑐 𝐺𝑀𝑅𝑐.𝐺𝑀𝐷2 0,02413 8ℎ3 𝑙𝑜𝑔10 (µF/Km) (7) GMRc: Bán kính trung bình hình học pha mạch với pha mạch GMRc = 3√R A R B R C Hình Đồ thị xác định thời gian dập tắt của thành phần 50Hz (Tarc) Lưu ý thời gian chết thời gian cho hệ thống tự động đóng lại, đảm bảo xác suất thành cơng gần 100% (8) RA, RB, RC: Là bán kính trung bình riêng pha A, B, C rb: Bán kính trung bình dây dẫn phân pha 𝑅𝐴 = √𝑟 𝑏 𝐷𝐴1𝐴2 𝑅𝐵 = √𝑟 𝑏 𝐷𝐵1𝐵2 (9) ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 5(90).2015 𝐺𝑀𝐷 = 3√𝐷𝐴𝐵 𝐷𝐵𝐶 𝐷𝐴𝐶 (10) Trong đó: 𝐷𝐴𝐵 = 4√𝐷𝐴1𝐵1 𝐷𝐴1𝐵2 𝐷𝐴2𝐵1 𝐷𝐴2𝐵2 𝐷𝐵𝐶 = 4√𝐷𝐵1𝐶1 𝐷𝐵1𝐶2 𝐷𝐵2𝐶1 𝐷𝐵2𝐶2 𝐷𝐴𝐶 = 4√𝐷𝐴1𝐶1 𝐷𝐴1𝐶2 𝐷𝐶2𝐶1 𝐷𝐴2𝐶2 Qua công thức thấy khoảng cách pha ảnh hưởng nhiều đến thông số điện dung đường dây Như sơ đồ hoán vị ảnh hưởng trực tiếp đến thời gian dập tắt hồ quang xảy cố Thành phần điện áp dòng điện hỗ cảm pha tỉ lệ với công suất truyền tải pha khơng bị cố có giá trị tương đối lớn, đường dây dài Các thơng số khác hốn vị đường dây trào lưu cơng suất vơ cơng đóng vai trò quan trọng 3.2 Kháng bù ngang Đối với đường dây dài, thường lắp đặt kháng bù ngang nhằm đảm bảo yêu cầu điện áp đường dây trì giới hạn cho phép, thực đóng phóng điện đường dây Kháng bù ngang tạo thành phần chiều lượng bị "bẫy" cuộn kháng ảnh hưởng đến giá trị hồ quang thứ cấp Thành phần xuất từ thời điểm máy cắt hai đầu đường dây mở đến thời điểm dòng điện hồ quang thứ cấp cắt điểm không Nếu không xét đến điện trở hồ quang thứ cấp, thời gian để thành phần cắt điểm không dài Tuy nhiên thực tế, điện trở hồ quang thứ cấp tăng theo thời gian 200 Theo công thức (1) - (10) phân tích trên, thấy khoảng cách trung bình riêng pha ảnh hưởng nhiều đến tượng hồ quang thứ cấp Tuy nhiên, để có kết luận xác báo thực mô hồ quang thứ cấp, loại trừ cố pha chạm đất cung đường dây 500kV Pleiku-Cầu Bông với kháng bù ngang 157MVAr kết hợp kháng trung tính 1200Ohm, lắp hai đầu đường dây Giả thiết cố pha chạm đất thoáng qua vị trí khác ngẫu nhiên pha Vị trí cách trạm Pleiku 34km, vị trí cách trạm Pleiku 72 km, vị trí cách trạm Pleiku 138km, vị trí cách trạm Pleiku 273km Điện trở hồ quang thứ cấp mô hàm số thời gian với giá trị điện trở ban đầu 0,5 Ohm, tốc độ tăng 0,8 Ohm/giây tăng đến giá trị cuối 100 Ohm Kết mô dạng sóng điện áp dịng điện thành phần hồ quang thứ cấp, Hình 9, 10 tương ứng dạng sóng điện áp phục hồi dịng điện hồ quang thứ cấp vị trí Dựa kết cho thấy thời điểm dòng điện hồ quang thứ cấp cắt điểm không Tdc=0,317s x 10 1.5 Double_Circuit1/V_arc@vn@1 Voltage (V) 𝑅𝐶 = √𝑟 𝑏 𝐷𝐶1𝐶2 DA1A2, DB1B2, DC1C2: Khoảng cách pha tên GMD: Khoảng cách trung bình hình học pha 0.5 -0.5 -1 -1.5 -2 100 200 300 400 500 t (ms) 600 700 800 900 1000 Hình Điện áp phục hồi vị trí cố pha A Fault@is@1 150 Double_Circuit1/Fault@is@1 100 Thời điểm cắt Zero -100 50 Thành phần DC -200 Current (A) Secondary Arc current (A) 100 -300 100 200 300 400 500 t (ms) 600 700 800 900 -50 1000 -100 Hình Sóng dịng điện hồ quang thứ cấp -150 Mơ phân tích thức tế 4.1 Với sơ đồ mạch hoán vị theo quy phạm Đường dây 500kV Pleiku - Cầu Bông thiết kế theo [8] với vị trí đảo pha Hình 200 300 400 C B A C B Pleiku A B C A B 104,437 km 102,797 km 102,685 km 106,636 km 20,838 km Hình Sơ đồ mạch hốn vị tn theo quy phạm 700 800 900 Bảng Kết mô pha A Vị trí Cầu Bơng Mạch C 600 t (ms) Hình 10 Dịng điện hồ quang vị trí cố pha A Mạch A 500 Is (A) 31,6 28,8 32,2 42,4 Vr (kV) 60,0 45,7 98,2 52,0 Pha A Is.Vr Tdc (w) (s) 1898 0,317 1314 0,316 3161 0,317 2204 0,319 Tarc (s) >1,3 >1,3 >1,3 >1,3 Tdead time (s) >1,7 >1,7 >1,7 >1,7 Nguyễn Hồng Anh Bảng Kết mô cố pha B x 10 2 Vr (kV) 97,4 107 72,5 80,8 Is (A) 30,8 38,7 49,4 21,2 Pha B Is.Vr Tdc (w) (s) 2999 0,316 4155 0,298 3579 0,296 1712 0,316 1.5 Tarc (s) >1,3 >1,3 >1,3 >1,3 Tdead time (s) >1,7 >1,6 >1,6 >1,7 0.5 -0.5 -1 -1.5 -2 Bảng Kết mô pha C Is (A) 53,1 34,5 35,5 54,5 Vr (kV) 37,7 63,8 95,0 76,7 100 Tarc (s) >1,3 >1,3 >1,3 >1,3 Tdead time (s) >1,6 >1,6 >1,6 >1,6 Qua kết thu khảo sát vị trí cố pha đường dây cho thấy tổng thời gian chết vượt thời gian yêu cầu để thực đóng lặp lại pha 1sec Như sơ đồ hoán vị không đảm bảo yêu cầu nâng cao ổn định hệ thống ứng dụng kỹ thuật SPAR 4.2 Giải pháp thay đổi sơ đồ hoán vị Với kết phân tích trên, ta thấy sơ đồ hoán vị thực tế làm kéo dài thời gian chết thành phần hồ quang thứ cấp Trong đó, với đường dây 500kV truyền tải công suất lớn, vấn đề yêu cầu thực đóng lặp lại nhanh nhằm đảm bảo hệ thống vận hành ổn định sau loại trừ cố pha chạm đất điều kiện tiên thiết kế đường dây Giải pháp hốn vị theo [8] cho thấy khơng phù hợp, cần thiết xem xét cách hoán vị khác Sơ đồ hoán vị thực thay đổi hốn vị mạch (mạch 2), mạch cịn lại giữ nguyên (mạch 1)Hình 11 Giải pháp đề xuất theo nguyên tắc hoán vị tạo khoảng cách pha tên lớn (VD: Theo sơ đồ hốn vị Hình 8, khoảng cách pha B mạch pha B mạch 15,4m, cịn theo Hình 11, khoảng cách tăng lên đến 26,58m…) Theo công thức (8), (9), khoảng cách tăng lên làm cho giá trị GMRc tăng, dẫn đến thông số điện dung lớn hơn, tạo giá trị hồ quang thứ cấp thấp so với phương án cũ Để kiểm chứng nhận định trên, ta thực mô trường hợp cố tương tự thực mạch hoán vị theo quy phạm 200 300 C B A C B Pleiku B B A A C 104,437 km 102,797 km 102,685 km 106,636 km 20,848 km Hình 11 Sơ đồ mạch hoán vị giải pháp giảm hồ quang Kết mơ dạng sóng giá trị thành phần điện áp dòng điện sau: 600 700 800 900 1000 Double_Circuit1/Fault@is@1 100 50 -50 -100 -150 200 300 400 500 600 t (ms) 700 800 900 Hình 13 Dịng điện hồ quang thứ cấp vị trí cố pha A Bảng Kết mơ pha A Vị trí Is (A) Vr (kV) Pha A Is.Vr Tdc (w) (s) Tarc (s) time (s) 14,3 10,9 156,8 0,372