TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) PHÂN TÍCH VÀ LỰA CHỌN THỜI ĐIỂM MỞ/ĐĨNG TỐI ƯU CHO KHÁNG VÀ TỤ BÙ NGANG BẰNG THIẾT BỊ SYNCHRO-TEQ ANALISING AND CHOOSING THE OPTIMAL TIME OF OPENING/CLOSING FOR SHUNT REACTORS AND CAPACITORS BY APPLYING SYNCHRO-TEQ Nguyễn Đăng Toản Trường Đại học Điện lực Ngày nhận bài: 07/05/2021, Ngày chấp nhận đăng: 28/12/2021, Phản biện: TS Phạm Quang Phương Tóm tắt: Việc nghiên cứu ứng dụng thiết bị điều khiển đóng/mở cho tải phản kháng công ty điện lực quan tâm nhằm giảm thiểu ảnh hưởng q trình q độ đóng/mở tải phản kháng Bài báo vào phân tích phương pháp đóng vào sóng, thách thức việc lựa chọn thơng số cho thiết bị CSD, đồng thời thử nghiệm máy cắt cho kháng điện bù ngang 500 kV TBA Sơn La, máy cắt cho tụ điện 110 kV TBA Hà Đông Các kết nghiên cứu cho thấy thiết bị điều khiển (Synchro-Teq) hạn chế tượng tái đánh lửa mở kháng dịng khởi động đóng tụ, tượng độ hệ thống điện, ứng dụng nhiều tải phản kháng khác máy biến áp không tải, đường dây không tải Từ khóa: Máy cắt điện (MC), thiết bị điều khiển đóng mở (CSD), độ suy giảm điện mơi (RDDS), dịng khởi động, tụ bù/kháng điện bù ngang Abstract: The application of controlled switching device (CSD) in order to mitigate influence of transient when energizing/de-energizing reactance loads has been taken into account by electric utilities for years This paper is devoted to analyse the point on wave method, challenges of choosing parameters for CSD as well as commissioning procedure to a 500kV shunt reactor circuit breaker at Sonla substation and 110kV capacitor bank circuit breaker at Hadong substation The results showed that the CSD (Synchro –Teq) had effectively mitigated the re-iginition, the inrush current, transient in the system and could be applied to other loads such as no-load transformers, no-load transmission lines Keywords: Circuit breaker, Controlled Switching Device, Rate of Decrease Dielectric Strength, inrush current, shunt capacitor, shunt reactor GIỚI THIỆU CHUNG Hiện nay, công ty điện lực trang bị thiết bị điều khiển đóng/mở (Controlled Switching Device-CSD) cho Số 27 máy cắt điện (MC) để giảm thiểu ảnh hưởng độ hệ thống điện (HTĐ) nguy hỏng hóc thiết bị điện Các CSD chứng minh giải pháp 115 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) thay tốt so với giải pháp khác (như kỹ thuật sử dụng điện trở đóng trước [1]), CSD gần loại bỏ vấn đề liên quan đến đóng/mở tải phản kháng Các lợi ích gồm: đạt điều CSD cần dự đốn thời gian hoạt động MC trường hợp (kể số thông số MC thay đổi sau thời gian vận hành dài ngày, thời gian đóng/mở, nhiệt độ…) Cải thiện độ tin cậy trạm biến áp (TBA) độ ổn định HTĐ Mặc dù MC thiết bị khí phức tạp chu trình đóng/mở MC dễ đốn dựa điều kiện hoạt động [2] Với công nghệ MC, nhà sản xuất thường công bố liệu chúng dựa thử nghiệm điển hình như: đường cong đặc tính thời gian đóng/mở MC, đặc điểm RDDS (tỷ lệ giảm cường độ điện môi) thiết bị… sở để xác nhận xem MC có phù hợp để áp dụng kết hợp với CSD hay không Tuy nhiên, thông tin thường đề cập đến loại đóng mở đơn cực MC điển hình điều kiện phịng thí nghiệm Do cần phải thực kiểm tra bổ sung chỗ trước bắt đầu thí nghiệm vận hành MC quy trình vận hành nghiêm ngặt sau Ba bước quan trọng để mơ hình hóa hoạt động MC gồm: Kiểm tra thời gian MC (thí nghiệm thời gian đóng, mở tiếp điểm chính, tiếp điểm phụ phải thực 10 lần); Thí nghiệm chỉnh định; Theo dõi vận hành hệ thống Nâng cao chức giám sát TBA Kéo dài tuổi thọ thiết bị có cách nâng cao hiệu suất MC (giảm độ cách điện thiết bị xói mịn tiếp xúc MC, loại bỏ độ đầu nối cáp bảo vệ điều khiển) Mục đích CSD là: điều khiển việc đóng/mở MC thời điểm xác (phương pháp đóng vào sóng - Point on wave method) ứng dụng cụ thể, có tính đến đặc tính MC thơng số vận hành định Ví dụ đóng điện cho tụ điện bù ngang điểm tối ưu xác định sóng điện áp giao với 0, đóng MC thời điểm khác tạo dịng khởi động, có giá trị lớn Tương tự vậy, mở MC kháng điện bù ngang sai thời điểm, gây đánh lửa trở lại MC Việc thu thập thơng tin xác đầy đủ trước, sau vận hành quan trọng để đảm bảo hoạt động lâu dài tối ưu cho thiết bị CSD Một thách thức lớn hệ thống CSD gửi lệnh điều khiển cho tiếp điểm MC bắt đầu di chuyển đạt mục tiêu điện học mong muốn thời điểm tối ưu Để 116 Bài báo vào phân tích thông số, cách thức lựa chọn thông số cho thiết bị CSD có xét đến kinh nghiệm thực tế Các kết (được giám sát phân tích phần mềm Vizimax-Tool-Suite) áp dụng vào việc lựa chọn thời điểm đóng MC cho tụ bù ngang TBA 220 Số 27 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) kV Hà Đông /kháng điện bù ngang TBA 500 kV Sơn La thiết bị CSD có tên Synchro-Teq hãng Vizimax PHƯƠNG PHÁP ĐĨNG VÀO SĨNG ĐỂ ĐIỀU KHIỂN ĐĨNG/MỞ MÁY CẮT tính công thức 2: 𝑆𝐺𝑉 = 1800 −𝑌 ∗2−𝑀𝐴𝑇 𝑂𝑇 = −(𝑀𝐴𝑇 + 𝑆𝐺𝑉 + 𝑌 ) (1) (2) 2.1 Khi mở kháng điện CSD Nếu MC kháng điện bù ngang mở ngẫu nhiên gây đánh lửa trở lại MC Điều [9], làm hỏng kháng điện MC Do CSD loại bỏ vấn đề cách điều chỉnh thời gian mở pha, dựa điều kiện bên ngồi thơng số bên thời điểm [3, 4, 5, 6] Với MC dùng cho kháng điện bù ngang có nhiều buồng dập hồ quang, thời gian buồng chậm chọn tham chiếu thời gian cho MC Một yếu tố quan trọng khác CSD là: thời lượng tối thiểu hồ quang thời gian mở MC Giá trị thời gian tính từ lúc tách vật lý tiếp điểm đến lúc sóng dịng điện giao với lần mà khơng có đánh lửa lại Sự tách tiếp điểm phải bắt đầu bên ngồi “vùng tránh” (hình 1) Thời gian phải lớn thời gian hồ quang tối thiểu cần thiết MC cung cấp vùng an toàn đủ để ngăn chặn đánh lửa trở lại phân tán thời gian mở học MC Khi biết thời gian hồ quang tối thiểu MC (MAT°) phân tán mở ± 3σ biểu thị độ (ở định dạng ± Y°, 3600 ứng với chu kỳ tần số), giá trị mở tối ưu (OT°) Số 27 Hình Ví dụ vùng mở cho kháng bù ngang Khi biết thời gian hồ quang tối thiểu MC (MAT°) phân tán mở ± 3σ biểu thị độ (ở định dạng ± Y°, 3600 ứng với chu kỳ tần số), giá trị mở tối ưu (OT°) tính cơng thức 2: 𝑆𝐺𝑉 = 1800 −𝑌 ∗2−𝑀𝐴𝑇 𝑂𝑇 = −(𝑀𝐴𝑇 + 𝑆𝐺𝑉 + 𝑌 ) (1) (2) Nếu CSD hoạt động xác, có cảnh báo dịng điện vượt q điểm giao với sau tách tiếp điểm có giảm đột ngột biên độ dòng điện nửa chu kỳ cuối (do đánh lửa trở lại) Vì vậy, cách quan sát chụp sóng q trình thí nghiệm kiểm tra xác nhận xem hệ thống có hoạt động bình thường hay khơng 2.2 Khi đóng tụ điện CSD Nếu đóng điện ngẫu nhiên cho tụ có 117 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) thể tạo dòng khởi động giá trị lớn nhiều lần dòng danh định, gây độ mức HTĐ CSD loại bỏ vấn đề cách điều chỉnh thời gian đóng MC pha, dựa điều kiện bên thơng số bên thời điểm [3,4] Thời điểm đóng tối ưu mặt lý thuyết tương ứng với sóng điện áp với giao với Vì MC khơng lý tưởng, nên cần tính đến phân tán thời gian đóng học MC giá trị RDDS Điều dẫn đến thay đổi mục tiêu lý thuyết để có vùng hoạt động đóng bị hạn chế đến điện áp tối thiểu Điều biểu diễn đồ thị dịch chuyển sang phải, để hồ quang điện chủ yếu xảy cạnh phía chiều tăng điện áp tiếp điểm tiến gần (Hình 2) [3,[4],[5] Phương trình (3) giá trị điện áp hệ đơn vị tương đối (pu) thời điểm đóng MC chứa ranh giới ± ΔV RDDS (miễn ≥1 pu) Sự thay đổi (Shift) theo độ tính cơng thức (4) 𝑆ℎ𝑖𝑓𝑡 = 3600 2𝜋 Với RDDS ∗ 𝑅𝐷𝐷𝑆1𝑝𝑢 𝑅𝐷𝐷𝑆 ∗ ∆𝑉 (4) ≥1 pu 𝑅𝐷𝐷𝑆1_𝑝𝑢 = 𝜋 ∗ 𝑉đỉ𝑛ℎ−𝑑𝑎𝑛ℎ đị𝑛ℎ (4), giá trị RDDS1_pu giá trị RDDS tương ứng với độ dốc lớn sóng sin điện áp mạng (nghĩa điểm giao cắt 0) giá trị danh định, RDDS giá trị thực tế MC Đơn vị đo lường cho giá trị RDDS không quan trọng, miễn hai giá trị sử dụng đơn vị đo lường Ở đây, không xét trường hợp RDDS phân tán khác giá trị RDDS nhỏ pu Sự thay đổi gồm hai bước: xác định dải điện áp thấp tối ưu cho phân tán học định, sau kết hợp kết với giá trị RDDS Giá trị phân tán đóng ± 3σ MC sử dụng để tính tốn giới hạn điện áp tối đa đặt vào tới tụ điện Giá trị lớn tối ưu liên quan đến giá trị phân tán xác định hệ đơn vị tương đối công thức (3) Sự phân tán cung cấp theo độ định dạng ± X, 360o tương ứng với chu kỳ tần số HTĐ [4] ∆𝑉 = 𝑉 𝑉đỉ𝑛ℎ đỉ𝑛ℎ−𝑑𝑎𝑛ℎ đị𝑛ℎ 118 ∗ sin (X) (3) Hình Ví dụ mục tiêu đóng cho tụ điện ứng dụng với 1PU RDDS phân tán ± 50º Hình cho thấy mối quan hệ qua lại biến hệ thống khác Đường cong màu xanh đại diện cho điện áp mạng tuyệt đối hệ đơn vị tương đối (pu) Ba độ dốc đại diện cho RDDS MC giới Số 27 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) hạn chuẩn giới hạn bên phân phối chuẩn đường cong ± 3σ Với ví dụ này, 0,2% mẫu nằm độ dốc âm đường cong điện áp Vì vậy, vận hành, kiện rơi vào độ dốc điện áp âm, cần tăng giá trị Shift ° ngẫu, đường dây 220 kV, đường dây 500 kV, kháng điện K506 bù ngang đường dây Hiệp Hòa Máy cắt loại: 3APFI- S6, ba pha ba truyền động, thiết bị chọn thời điểm đóng/mở là: PSD2-Siemens Để đơn giản, bắt đầu vận hành, Shift° điều chỉnh Xº sau điện áp giao với Các thí nghiệm khác thử nghiệm vài độ dự đốn này, sau cung cấp dẫn RDDS thời gian học Giá trị Shift° sau giảm RDDS cao (tức > 1PU) Đối với ví dụ này, biên độ trung bình giá trị mà tụ điện đóng điện nửa giá trị ΔV Giá trị giảm phân tán MC nhỏ Trong thực tế, thời gian đóng MC thực (RCT) nhận từ cơng thức (6), kết phải ln dương thí nghiệm vận hành: 𝑆ℎ𝑖𝑓𝑡 ms = 𝑆ℎ𝑖𝑓𝑡 ∗1000 3600 ∗𝑓 𝑅𝐶𝑇 = 𝑆ℎ𝑖𝑓𝑡 ms − (𝑇𝑚𝑐 − 𝑇𝑒𝑐 ) (5) (6) Trong đó: Shiftms: Shift ° biểu thị ms; Tmc: thời gian MC đóng khí theo lý thuyết (ms); Tec : thời gian đóng điện đo (ms); f : tần số mạng tính Hertz ỨNG DỤNG CHO KHÁNG ĐIỆN TẠI TBA 500 kV SƠN LA 3.1 Lựa chọn thông số cho CSD MC kháng K506 TBA 500 kV Sơn La gồm MBA tự Số 27 Hình Sơ đồ kháng KH 506 nối vào góp C52-TBA 500kV Sơn La Để ngăn chặn tượng đánh lửa trở lại, tiếp điểm phải mở khí (bắt đầu tách tiếp điểm/bắt đầu phóng điện hồ quang) xa điểm dòng điện giao cắt để tối đa hóa khoảng cách cực thời điểm dòng điện vượt qua Khoảng thời gian tối thiểu hồ quang xác định thông qua thử nghiệm khả phá hủy Đối với MC loại SF6 người ta thường chọn 130o giá trị an tồn Một số cơng ty điện lực chọn mở sớm ví dụ: 160o – 165o trước dòng điện giao cắt Tiêu chuẩn CIGRE khuyến cáo nên kiểm tra giá trị chọn khơng ba lần, lần thử nghiệm tăng thêm biên độ an tồn (ví dụ: 10o) MC lặp lại 119 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) (phân tán nhiều) Theo Cigré 757 kháng điện nối đất với trung tính (NGR) có tổng trở nhỏ phần ba tổng trở kháng chính, nên với kháng điện K506 ta chọn bảng Bảng Thơng số góc điện áp, thời gian theo CIGRÉ Vizimax mở MC cho kháng Mở pha A Mở pha B Mở pha C Độ ms Độ ms Độ ms 90 5,0 90+120 =210 11.7 90+60 =150 8.3 3.2 Phân tích kết mở kháng Sau thực lần thí nghiệm mở MC Synchro-Teq, kết phân tích phần mềm Vizimax-Tool-Suite cho thấy khơng có đánh lửa trở lại, dạng sóng ghi lại hình 4, chu kỳ trước (khoanh màu xanh lục) nên đánh lửa trở lại Điểm mục tiêu bên phải có tên “góc mục tiêu” Các vịng trịn màu xanh lam chứng dịng điện ngắt điểm Nếu đánh lửa lại xảy ra, thấy dạng sóng có nhiễu động nhỏ lần đánh lửa gây ra, nửa chu kỳ trước lần đánh lửa cuối (chu kỳ màu đỏ) Hình cho thấy dịng điện giảm sóng dịng điện A (màu nâu) dự kiến qua 0, pha, sau pha C (màu xanh lam) với 60o chậm sau pha A, cuối B (màu xanh cây) với 60o chậm sau pha C Hình 5: Dịng điện pha A, B, C mở MC 506 Synchro-Teq (pu) Hình 4: Điện áp dòng pha A mở MC 506 Synchro –Teq (pu) Hình cho thấy việc mở MC pha A điều khiển Dòng điện (màu nâu) trễ sau điện áp (màu đỏ) 90o Giá trị dịng điện khơng thấp nửa chu kỳ cuối (trước mở MC) so với dòng 120 ỨNG DỤNG CHO TỤ ĐIỆN TẠI TBA 220 kV HÀ ĐƠNG 4.1 Giới thiệu thiết bị tụ Thơng số kỹ thuật MC 102 nối vào TG C12 phía 110kV [7]: GL313F3/4031P ba pha ba truyền động, MC SF6; thiết bị lựa chọn thời điểm đóng/mở: RPH2-2SA0 Số 27 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) PHÂN TÍCH KẾT QUẢ 5.1 Phân tích kết đóng tụ Hình Sơ đồ Tụ 102 nối vào góp TG02 4.2 Lựa chọn thơng số đóng tụ Với loại SF6, Cigré khuyến cáo nên nhắm đến mục tiêu điểm trễ sau điểm đóng lý tưởng (ví dụ: 16o trễ), biện pháp phịng ngừa để khơng có nguy đóng vào điểm xấu trường hợp MC tác động nhanh (có thể gây hồ quang có giá trị lớn, việc đóng điện xảy gần với điện áp đỉnh - điểm đóng tồi tệ nhất) Tiêu chuẩn cần đạt đóng tụ : Dòng điện phải bắt đầu chạy vùng lân cận điểm đóng lý tưởng (khơng sớm 0,5 ms không chậm 1,5 ms sau) Hình dạng điện áp cho ba pha có dạng hình sin mà khơng có tượng méo/sụt áp/q độ tần số cao Dịng khởi động khơng lớn mức chấp nhận Bảng lựa chọn thời điểm đóng theo CIGRÉ [8] Synchro Teq (Vizimax) áp dụng độ trễ (8o) bảng Bảng Thơng số góc, thời gian theo CIGRÉ Vizimax đóng MC cho tụ Đóng pha A Đóng pha B Đóng pha C Độ ms Độ ms Độ ms Thứ tự pha 158 8,7 158 8,7 248 13,7 A+B, C Số 27 Khi thí nghiệm MC, quan sát thấy phân tán học không lớn ms, RDDS không xác định Ba độ trễ an tồn khác thử việc đóng MC (lần lượt 0o, 8o 16 o), chứng minh biên độ an toàn o cung cấp biên độ an tồn đủ hợp lý, khơng có tác động đáng kể đến hiệu suất giảm thiểu tác hại dòng khởi động Kết phân tích phần mềm Vizimax-Tool-Suite cho thấy thành cơng việc giảm thiểu dòng khởi động tụ phụ thuộc vào kết hợp làm việc hiệu CSD, MC (sự phân tán học ít, với giá trị RDDS cao) hệ thống nguồn (đáp ứng tụ điện, công suất ngắn mạch HTĐ…) Tại Hà Đơng, giá trị ngưỡng báo động dịng điện đặt 2,7 pu coi "chấp nhận được" thử nghiệm với mức tải khác nhau, quan sát dịng khởi động đóng Synchro-Teq 2,3 p.u 5.1.1 Kết đóng thiết bị tháng 21/4/2020 Sau thời gian thử nghiệm tháng, với điều kiện bên khác tải, nhiệt độ tất lần đóng điện xảy thực tế vị trí trí so với dự kiến : trễ khơng q 0,24 ms đóng A & B (hình 7) thời gian dự kiến đóng C (hình 8) 121 ... thức lựa chọn thông số cho thiết bị CSD có xét đến kinh nghiệm thực tế Các kết (được giám sát phân tích phần mềm Vizimax-Tool-Suite) áp dụng vào việc lựa chọn thời điểm đóng MC cho tụ bù ngang. .. SF6; thiết bị lựa chọn thời điểm đóng /mở: RPH2-2SA0 Số 27 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) PHÂN TÍCH KẾT QUẢ 5.1 Phân tích kết đóng tụ Hình... dài tối ưu cho thiết bị CSD Một thách thức lớn hệ thống CSD gửi lệnh điều khiển cho tiếp điểm MC bắt đầu di chuyển đạt mục tiêu điện học mong muốn thời điểm tối ưu Để 116 Bài báo vào phân tích