brief 771 9252 6 876

Tạp chí Khoa học & Công nghệ - Số 4(44)/Năm 2007 ứng dụng chơng trình ETP khảo sát điện áp thao tác Biện pháp bảo vệ điện áp đờng dây tải điện cao áp Nguyễn Đức Tờng (Trờng Đại học Kỹ thuật công nghiệp - ĐH Thái Nguyên.) Mở đầu Quá điện áp thao tác yếu tố quan trọng thiết kế vận hành hệ thống điện nói chung đờng dây tải điện nói riêng Nó ảnh hởng tới tính kinh tế mà ảnh hởng tới tính kỹ thuật mạng điện Quá điện áp nội có độ lớn không điện áp khí nhng hiệu ứng tích luỹ nguyên nhân phát triển khuyết tật cục bộ, già hoá cách điện gây lên phóng điện điện áp nhỏ nhiều điện áp đánh thủng tần số công nghiệp Hiện hệ thống điện đ áp dụng số biện pháp hạn chế điện áp nh sử dụng máy cắt có mắc điện trở Shunt, phơng pháp sơ đồ, điều khiển tiếp điểm đóng máy cắt Tuy nhiên, biện pháp nêu hạn chế đợc số loại điện áp nội [2], mặt khác làm sơ đồ phức tạp, vận hành khó khăn Ngày nay, với đời chống sét van ôxít kẽm (ZnO) có khả hấp thụ lợng tơng đối cao sử dụng để bảo vệ nội cho hệ thống điện nói chung cho đờng dây tải điện nói riêng ứng dụng biện pháp hạn chế đợc điện áp nội bộ, góp phần nâng cao độ tin cậy hệ thống ổn định hệ thống Đối tợng khảo sát mô hình mạng điện chơng trình ATPDraw 2.1 Đối tợng nhiệm vụ khảo sát thái nguyên 131 bắc giang 100 131 100 125 MVA 125 MVA 231-1 231-1 272 272 272 ACSR-520/67-57,9km 273 274 271 ACK-410/53-39,9 km ACK-400/52-62,62km ACRS-520/67-26,9 km 271 271 ACSR-612/104-57,9km 224 200 285 255 125 MVA 235 100 286 257 256 237 236 225 sóc sơn C5 Hình 1: Sơ đồ nguyên lý mạch vòng khảo sát G6 2x353 MVA 112 287 phả lại 2x300 MW 33 Tạp chí Khoa học & Công nghệ - Số 4(44)/Năm 2007 - Đối tợng khảo sát đờng dây truyền tải 220kV Sóc Sơn - Thái Nguyên tổng chiều dài truyền tải 39,9 km [3], có xét tới mạch vòng Phả Lại Sóc Sơn Thái Nguyên Bắc Giang Phả Lại có sơ đồ nguyên lý nh hình - Nhiệm vụ khảo sát, thống kê mức điện áp 100 lần đóng đờng dây Thái Nguyên Sóc Sơn không tải trờng hợp không đặt có đặt chống sét van có xét tới việc tiếp xúc không đồng thời tiếp điểm máy cắt 2.2 Mô hình mạng điện dự kiến phơng án đặt chống sét van - Mô hình mạng điện 220kV Phả Lại - Bắc Giang Thái Nguyên Sóc Sơn Hình 2: Mô hình mạng điện chơng trình ATPDraw Mô hình mạng điện chơng trình ATPDraw đợc thể nh hình Trong phần tử mạng điện đợc thay phần tử tơng ứng chơng trình ATPDraw nh bảng Bảng 1: Các phần tử chơng trình ATPDraw Stt Phần tử mạng điện Nguồn NMĐ HT Tổng trở Đờng dây tải điện Máy cắt Chống sét van Phần tử ATPDraw Sources Nhánh RL Nhánh LLC Statistic Swich Swich time 3-ph MOV 3-ph Thống kê điện áp đờng dây 100 lần đóng cắt, thực đóng đờng dây không mang tải phía góp Thái Nguyên hoà đồng máy cắt phía Sóc Sơn Trong nội dung nghiên cứu có chia đờng dây Thái Nguyên Sóc Sơn thành đoạn: - Đoạn 1: Từ vị trí cột 125 tới vị trí cột 90 - Đoạn 2: Từ vị trí cột 90 đến cột số 60 - Đoạn 3: Từ vị trí cột 60 đến cột số 30 - Đoạn 4: Từ vị trí cột 30 đến cột số Quá điện áp đóng đờng dây hở mạch thờng xuất trị số lớn phía cuối đờng dây Mặt khác, chống sét van làm việc với điện áp nội cần phải quan tâm tới khả hấp thụ lợng chống sét van Nh vậy, lựa chọn ba phơng án lắp đặt chống sét van: - Phơng án 1: Đặt chống sét van cuối đờng dây (vị trí cột 1) nh hình a 34 Tạp chí Khoa học & Công nghệ - Số 4(44)/Năm 2007 - Phơng án 2: Đặt chống sét van hai đầu đờng dây (vị trí cột 125) hình b - Phơng án 3: Đặt chống sét van hai đầu đờng dây (vị trí cột 1) hình c Đặc tính Vôn-Ampe (V-A) chống sét van đợc cho dới bảng [9]: Bảng 2: Đặc tính V-A chống sét van 220kV Điện áp d (kV) Xung đóng cắt 1.5kA 3kA 5kA 10kA 20kA 40kA 125A 500A 549 577 596 627 697 818 470 502 Xung 8/20às Kết khảo sát Kết khảo sát điện áp xuất đờng dây đợc mô chơng trình Plotxy, dạng điện áp ứng với trị số trung bình nh hình 3: Góc đóng 900 Góc đóng 00 300 [kV] 200 400 [kV] 300 200 100 100 0 -100 -100 -200 -200 -300 -400 10 20 30 (file 0csv-t.nguyen-s.son-kdt-90.pl4; x-var t) v:1A v:TG-SSA v:TG-SSB v:TG-SSC 40 [ms] 50 v:1B v:1C -300 10 20 30 (file 0csv-t.nguyen-s.son-kdt-0.pl4; x-var t) v:1A v:TG-SSA v:TG-SSB v:TG-SSC 40 v:1B [ms] 50 v:1C Hình 3: Quá điện áp pha cuối đờng dây hở mạch Điện áp xuất đờng dây có dạng xung nhọn kết điện áp cao tần xếp chồng lên điện áp tần số công nghiệp Mặt khác biên độ điện áp có trị số lớn góc đóng 900, góc đóng xa 900 biên độ giảm Mô tả quy luật phân bố điện áp cuối đờng dây hở mạch ứng với trờng hợp (hình 4): - Đờng dây không lắp đặt chống sét van - Đờng dây đặt 1, chống sét van Từ kết cho thấy xuất điện áp trờng hợp không lắp đặt chống sét van với biên độ lớn xác suất xuất nhỏ ngợc lại Xác suất 2% (p.u) cuối đờng dây 220kV đạt tới trị số 4,75 (p.u) Nh vậy, điện áp đóng đờng dây hở mạch có giá trị lớn nhiều so với mức dự trữ cách điện cấp điện áp tơng ứng (3 p.u)[2] 35 Tạp chí Khoa học & Công nghệ - Số 4(44)/Năm 2007 P hâ n b ố điệ n p tạ i cuố i đờ ng dâ y hë m¹ ch CSV CSV CSV CSV 100 90 X¸c st xt hiƯn (%) 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0.5 1.5 2.5 3.5 4.5 HÖ sè áp (p.u) Hình 4: Phân bố QĐA cuối đờng dây 220kV Trong trờng hợp có đặt chống sét van (1, hay 3) điện áp cuối đờng dây không vợt trị số 2p.u Nh vậy, với đờng dây có chiều dài truyền tải không lớn chØ cÇn sư dơng sè Ýt chèng sÐt van cịng hạn chế đợc điện áp tới mức thấp Tuy nhiên, số lợng lựa chọn cần phải xem xét khả hấp thụ lợng chống sét van sử dụng - Phân bố QĐA theo chiều dài đờng dây chơng trình ATPDraw có kết nh hình 5, ứng với thời điểm đóng tiếp điểm máy cắt khác (kết thống kê điện áp pha A, với pha B C có kết gần gièng pha A): ĐĨNG KHƠNG ĐỒNG THỜI GĨC ĐĨNG 0 CSV CSV CSV 0 ĐĨNG KHƠNG ĐỒNG THỜI GÓC ĐÓNG 90 CSV CSV 4.0 Quá điện áp 2% (p.u) Quá điện áp 2% (p.u) 4.5 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 CSV CSV CSV 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 Điểm đo điện áp đường dây Điểm đo điện áp đường dây Hình 5: Phân bố điện áp theo chiều dài đờng dây Trong tất trờng hợp đóng đờng dây với góc đóng khác có xét tới trình đóng không đồng thời tiếp điểm nhận thấy: - Quá điện áp có trị số lớn dần phía cuối đờng dây 36 Tạp chí Khoa học & Công nghệ - Số 4(44)/Năm 2007 - Tại vị trí đặt chống sét van điện áp không vợt 2p.u Còn vị trí không đặt chống sét van điện áp có lớn chút Năng lợng hấp thụ chống sét van [10] Khi xuất điện áp thao tác đờng dây, chống sét van đờng dây đặt dới giá trị điện áp cao phóng điện Dòng phóng qua chống sét van có dạng xung vuông góc điện áp d chống sét van có dạng chữ nhật Năng lợng hấp thụ chống sét van đợc xác định theo biểu thức [10]: W = Ua.Ia.td (1) Trong : Ua - điện áp d chống sét van Ia - dòng điện qua chống sét van td - thời gian tồn xung đóng cắt Khoảng thời gian tồn xung đóng cắt đợc lấy 1-2 giây khoảng cách truyền sóng từ 150-300km, lấy td khoảng thời gian truyền sóng với lần chiều dài đờng dây tốc độ truyền sóng lấy tốc độ ánh sáng (c) Giả sử đờng dây có mức điện áp thao tác với biên độ xung USS (USwitching Surge) Khi nguồn điện áp đợc mắc nối tiếp với tổng trở sóng đờng dây điện trở cđa chèng sÐt van (cã kĨ tíi ®iƯn trë nèi đất chân cột) Nếu gọi Uarr (Uarrester) điện áp d− cđa chèng sÐt van vµ Z0 lµ tỉng trë sóng đờng dây ta có quan hệ: Uss = Ia.Z0 + Uarr (2) Khi thông số mạch cã d¹ng phi tun (phơ thc quan hƯ V-A cđa chống sét van) Để giải toán ta áp dụng phơng pháp đồ thị với đặc tuyến V-A chống sÐt van ® biÕt Khi ®ã: Ia = U SS U arr Z0 2) Năng lợng hấp thụ chống sét van trờng hợp góc đóng máy cắt 900 00 ứng với phơng án lắp đặt chống sét van đợc thể bảng Bảng 3: Năng lợng hấp thụ chống sét van Năng lợng hấp thụ chống sét van W (kJ) Số CSV Vị trí đặt CSV Cột 125 Cét 60 Cét 1 CSV - - 81 CSV 51 - 80 CSV 51 64 80 Năng lợng hấp thụ chống sét van đạt tới 118kJ cuối đờng dây trờng hợp tiếp điểm máy cắt tiếp xúc đồng thời Tuy nhiên, với chống sét van đờng dây (ZnO) khả hấp thụ lớn nhiều Ví dụ nh loại AZG2 (h ng Cooper) cã thĨ tíi W 37 T¹p chí Khoa học & Công nghệ - Số 4(44)/Năm 2007 – = 2,7x240 = 648 (kJ) Nh− vËy, víi c¸c đờng dây ngắn (vài chục km) dùng chống sét van đặt cuối đờng dây hạn chế đợc điện áp (do đóng đờng dây không tải) xuống mức nhỏ 2p.u mà đảm bảo độ bền nhiệt cần thiết Tóm tắt Nội dung báo nghiên cứu điện áp thao tác đờng dây tải điện cao áp 220kV nhờ chơng trình nghiên cứu độ điện từ - EMTP Khảo sát điện áp đóng đờng dây không tải, phân bố theo chiều dài đờng dây phân bố theo xác suất điện áp nhiều lần đóng cắt, từ đề xuất phơng án bảo vệ chống sét van đờng dây (ZnO) có xét tới khả hấp thụ lợng chống sét van Summary This paper describes the use of transmission line arresters on 220 kV line to limit switching surge overvoltages Switching overvoltages along sample lines are given for a number of cases and for different number of installed arresters along the lines In addition energy requirements on the transmission line arresters are given Tài liệu tham khảo [1] Võ Viết Đạn (1975) - Kỹ thuật điện cao áp - Đại học Bách khoa Hà Nội [2].Viện lợng - Báo cáo tổng hợp đề tài NCKH Nghiên cứu giải pháp bảo vệ, giải pháp giảm thiểu tác động đến môi trờng vận hành hệ thống điện truyền tải cao áp siêu cao áp Hà Nội 12-2005 [3].Trần Đức Cờng - Cải tạo đờng dây 110kV Sóc Sơn - Thái Nguyên kết hợp đờng dây 220kV Sóc Sơn- Thái Nguyên - Công ty t vấn xây dựng điện [4] Phạm Văn Ngà - Thuyết minh vẽ thi công đờng dây 220kV Bắc Giang-Thái Nguyên Công ty t vấn xây dựng điện [5] ATP Rule book (2004), EMTP–ATP Programs [6].László Prikler, Hans Kristian Høidalen - ATPDRAW version 3.5 [7] ATP Theory book (2004), EMTP–ATP Programs [8] ATP Manual book (2004), EMTP–ATP Programs [9] Cooper power systems-Surge Arresters [10] Calculation of Arrester Energy During Transmission Line Switching Surge Discharge - POWER SYSTEMS, INC 38 ... sét van 220kV Điện áp d (kV) Xung đóng c¾t 1.5kA 3kA 5kA 10kA 20kA 40kA 125A 500A 549 577 5 96 627 69 7 818 470 502 Xung 8/20µs Kết khảo sát Kết khảo sát điện áp xuất đờng dây đợc mô chơng trình... Đoạn 1: Từ vị trí cột 125 tới vị trí cột 90 - Đoạn 2: Từ vị trí cột 90 đến cột số 60 - Đoạn 3: Từ vị trí cột 60 đến cột số 30 - Đoạn 4: Từ vị trí cột 30 ®Õn cét sè Qu¸ ®iƯn ¸p ®ãng ®−êng dây... van Năng lợng hấp thụ chống sét van W (kJ) Số CSV Vị trí đặt CSV Cét 125 Cét 60 Cét 1 CSV - - 81 CSV 51 - 80 CSV 51 64 80 Năng lợng hấp thụ chống sét van đạt tới 118kJ cuối đờng dây trờng hợp