1. Trang chủ
  2. » Luận Văn - Báo Cáo

Nghiên cứu quá điện áp quá độ tác động lên cách điện trạm biến áp 220 kv thái nguyên

97 3 0

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Tiêu đề Nghiên Cứu Quá Điện Áp Quá Độ Tác Động Lên Cách Điện Trạm Biến Áp 220 KV Thái Nguyên
Tác giả Ngụ Bỏ Trỡnh
Người hướng dẫn TS. Nguyễn Đức Tường
Trường học Đại học Thái Nguyên
Chuyên ngành Kỹ thuật điện
Thể loại luận văn thạc sĩ kỹ thuật
Năm xuất bản 2019
Thành phố Thái Nguyên
Định dạng
Số trang 97
Dung lượng 4,15 MB

Cấu trúc

  • CHƯƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ QUÁ ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN (12)
    • I. GIỚI THIỆU CHUNG (14)
    • II. NGUYÊN NHÂN PHÁT SINH QUÁ ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN7 1. Quá điện áp tạm thời (15)
      • II.2. Quá điện áp quá độ (17)
    • III. QUÁ ĐIỆN ÁP DO ĐÓNG ĐƯỜNG DÂY KHÔNG TẢI - HIỆU ỨNG (18)
    • IV. QUÁ ĐIỆN ÁP SÉT (20)
      • IV.1. Tham số của phóng điện sét (21)
      • IV.2. Phân bố đỉnh và độ dốc đầu sóng dòng điện sét (25)
      • IV.3. Quá điện áp khí quyển trên đường dây tải điện (26)
  • CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ TRẠM BIẾN ÁP 220 KV THÁI NGUYÊN VÀ ĐƯỜNG DÂY 220 KV THÁI NGUYÊN-SÓC SƠN (12)
    • I. TỔNG QUAN VỀ TRẠM BIẾN ÁP 220 KV THÁI NGUYÊN (30)
      • I.1. Vai trò của trạm biến áp 220 kV Thái Nguyên (30)
      • I.2. Thông số máy biến áp (33)
      • I.3. Thông số kháng điện (34)
      • I.4. Thông số tụ điện (35)
      • I.5. Thông số chống sét van (36)
    • II. TỔNG QUAN VỀ ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN SÓC SƠN-THÁI NGUYÊN (37)
  • CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG ĐƯỜNG DÂY 220 KV THÁI NGUYÊN-SÓC SƠN (39)
    • I.1. Ch-ơng trình ATP-EMTP (39)
    • II. MÔ PHỎNG ĐƯỜNG DÂY 220 KV THÁI NGUYÊN SÓC SƠN (46)
      • II.1. Giới thiệu (46)
      • II.2. Mô hình đường dây nghiên cứu quá điện áp đóng cắt (46)
      • II.3. Mô hình trạm biến áp 220 kV Thái Nguyên (51)
      • II.4. Cài đặt thông số chương trình ATPDraw (56)
  • CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG QUÁ ĐIỆN ÁP KHÍ QUYỂN VÀ QUÁ ĐIỆN ÁP ĐÓNG CẮT (12)
    • I. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG QUÁ ĐIỆN ÁP KHÍ QUYỂN (60)
      • I.1. Ảnh hưởng của dòng điện sét tới quá điện áp (60)
      • I.2. Quá điện áp trên các pha tại đầu cực máy biến áp (61)
      • I.3. Quá điện áp trên đầu cực thiết bị điện trong trạm (64)
      • I.4. Sự biến thiên của quá điện áp theo vị trí sét đánh (65)
      • I.5. Ảnh hưởng của máy biến áp đo lường kiểu tụ (66)
    • II. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG QUÁ ĐIỆN ÁP ĐÓNG CẮT (67)
      • II.1. Biến thiên của quá điện áp (68)
      • II.2. Phân bố điện áp theo phương pháp thống kê (68)
      • II.3. Phân bố của quá điện áp 2% dọc theo chiều dài đường dây (70)
  • TÀI LIỆU THAM KHẢO (96)

Nội dung

NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ QUÁ ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

GIỚI THIỆU CHUNG

Quá điện áp (overvoltage) là hiện tượng điện áp giữa dây dẫn pha và đất, giữa các dây dẫn pha hoặc dọc theo cách điện có giá trị đỉnh vượt quá biên độ điện áp pha lớn nhất của hệ thống Nó được phân loại thành quá điện áp nội bộ, phát sinh từ các thao tác như đóng cắt, sự cố hay sa thải phụ tải, và quá điện áp khí quyển, do các tác động bên ngoài như sét đánh Độ lớn của quá điện áp thường vượt quá điện áp làm việc tối đa cho phép, do đó cần thiết phải áp dụng các biện pháp hạn chế và bảo vệ để tránh hư hỏng thiết bị điện và rối loạn hoạt động của hệ thống điện.

Quá điện áp nội bộ thường khó nhận biết và không được ghi nhận trong nhật ký vận hành khi liệt kê nguyên nhân sự cố Nhiều quốc gia như Nga, Mỹ, và Pháp đã sử dụng thiết bị tự động đo ghi và phân tích xung quá điện áp để phát hiện các quá điện áp này Thiết bị được lắp đặt trên thanh cái của các trạm biến áp, giúp xác định dao động điện áp và mức độ quá điện áp Nhờ đó, các phương thức vận hành và bảo vệ phù hợp có thể được áp dụng, đảm bảo độ tin cậy và an toàn trong việc truyền tải và cung cấp điện.

Nghiên cứu về quá điện áp trong hệ thống điện tại Việt Nam còn hạn chế, với việc thiếu đầu tư vào thiết bị đo ghi quá điện áp khí quyển và nội bộ Các phương tiện khảo sát, theo dõi và phân loại sự cố cũng chưa được phát triển đầy đủ, dẫn đến khó khăn trong việc đánh giá tỷ lệ sự cố và mức độ thiệt hại do quá điện áp nội bộ gây ra.

Khi thiết kế thiết bị điện, mạng lưới điện, trạm biến áp và nhà máy điện, việc lựa chọn và phối hợp cách điện phù hợp là yếu tố quan trọng để đảm bảo hiệu suất và độ bền trong vận hành lâu dài.

Luận văn thạc sĩ Kĩ thuật Nghiên cứu chú trọng đến mạng điện truyền tải, đặc biệt là việc lựa chọn và phối hợp cách điện Quy trình này cần dựa vào các đặc tính của cách điện như chủng loại và cường độ cách điện, cũng như mức độ quá điện áp phát sinh từ hệ thống Việc bảo vệ quá điện áp cần được xem xét kỹ lưỡng về chủng loại, số lượng và vị trí lắp đặt thiết bị bảo vệ Tiêu chí lựa chọn cách điện theo điện áp yêu cầu cường độ cách điện lớn hơn các loại quá điện nội bộ và có khả năng chịu được đa số quá điện áp sét Dù đã lựa chọn cách điện phù hợp, nhưng việc tăng số lần quá điện áp tác động có thể làm tăng xác suất sự cố Hiệu ứng tích lũy là nguyên nhân chính dẫn đến việc đánh thủng cách điện, trong khi quá điện áp nội bộ, mặc dù nhỏ hơn nhiều so với điện áp đánh thủng, có thể làm tiến triển các khuyết tật cục bộ Sự già hoá của cách điện và tác động tích lũy sẽ dẫn đến việc đánh thủng cách điện ngay cả khi quá điện áp nội bộ thấp.

NGUYÊN NHÂN PHÁT SINH QUÁ ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN7 1 Quá điện áp tạm thời

Quá áp tạm thời (Temporary Overvoltage - TOV) là hiện tượng quá điện áp xảy ra ở tần số công nghiệp với thời gian tác động từ 30 ms đến 3600 giây Đây là một yếu tố quan trọng trong việc lựa chọn thiết bị chống sét van, bên cạnh các loại quá điện áp khác như quá điện áp cộng hưởng và cộng hưởng từ.

Quá điện áp tạm thời phát sinh do các nguyên nhân sau:

Sự cố chạm đất gây ra quá điện áp trên các pha không bị sự cố, với độ lớn phụ thuộc vào vị trí sự cố và phương thức nối đất của hệ thống điện Trong hệ thống có trung tính trực tiếp nối đất, quá điện áp đạt khoảng 1,3 p.u và thường kéo dài dưới 1 giây Ngược lại, trong hệ thống có trung tính nối đất cộng hưởng, quá điện áp có thể lớn hơn hoặc bằng 1,73 p.u và tồn tại trong thời gian ngắn hơn 10 giây.

Luận văn thạc sĩ Kĩ thuật Nghiên cứu

Khi thực hiện cắt phụ tải, quá điện áp sẽ phát sinh, với mức độ phụ thuộc vào cấu trúc hệ thống và đặc tính nguồn tại thời điểm cắt tải Ngay sau khi cắt, điện áp trên điện cực của máy cắt sẽ tăng, mức tăng này phụ thuộc vào tải và công suất ngắn mạch của xuất tuyến Để xác định chính xác độ lớn của quá điện áp, cần thực hiện tính toán dựa trên phân tích quá trình quá độ điện từ bằng máy tính hoặc ứng dụng ATP-EMTP Tuy nhiên, trong thực tiễn, có thể áp dụng một số phương pháp tính toán đơn giản hơn.

Khi cắt toàn bộ tải trên các đường dây có chiều dài trung bình, điện áp pha có thể tăng lên tới 1,2 p.u Thời gian xảy ra quá áp này phụ thuộc vào các thiết bị điều chỉnh điện áp trong mạng và có thể kéo dài đến vài phút.

+ Các đường dây dài, nếu cắt toàn bộ tải thì điện áp pha có thể tăng tới 1,5 p.u Thời gian quá áp tới vài giây

Khi sa thải phụ tải của máy biến áp tăng áp kết nối với máy phát, quá áp tạm thời có thể đạt tới 1,4 p.u cho các máy phát tuabin và 1,5 p.u cho các máy phát thủy điện, với thời gian xảy ra quá áp khoảng 3 giây.

Cộng hưởng và cộng hưởng sắt từ trong hệ thống điện xảy ra khi có sự thay đổi đột ngột về cấu trúc, chẳng hạn như khi sa thải phụ tải hoặc cắt máy biến áp 1 pha Sự tương tác giữa thành phần điện dung và điện cảm có thể tạo ra quá điện áp cộng hưởng, với độ lớn có thể vượt quá 3,0 p.u và tồn tại cho đến khi được giải trừ.

Khi đóng đường dây hoặc máy biến áp không tải hoặc non tải, có thể xảy ra quá điện áp cộng hưởng Đóng máy biến áp sẽ tạo ra dòng điện từ hóa lớn cùng với thành phần hài đáng kể do đặc tính phi tuyến của lõi thép Dòng điện tần số cao này tương tác với tần số của hệ thống, dẫn đến quá điện áp cộng hưởng ảnh hưởng đến cách điện dọc.

Luận văn thạc sĩ Kĩ thuật Nghiên cứu

Hòa đồng bộ có thể dẫn đến quá điện áp tác dụng lên cách điện dọc, đặc biệt là tại các tiếp điểm của thiết bị đóng cắt Độ lớn của quá điện áp này thường đạt khoảng 2 lần điện áp pha và kéo dài từ vài giây đến vài phút.

II.2 Quá điện áp quá độ

Quá điện áp quá độ (Transient Overvoltages) là hiện tượng xảy ra trong thời gian ngắn, chỉ vài mili giây hoặc thậm chí ngắn hơn, và có thể dao động hoặc không dao động, thường gây ra thiệt hại nghiêm trọng Các loại quá điện áp quá độ được phân loại dựa trên các đặc điểm khác nhau.

Quá điện áp đầu sóng ít dốc (Slow-Front Overvoltage - SFO) thường phát sinh từ các thao tác đóng cắt như đóng đường dây, cáp, hoặc giải trừ sự cố ngắn mạch Đây là loại quá điện áp một chiều, với thời gian đầu sóng từ 20 μs đến 5000 μs và thời gian sóng lên tới 20 ms Nguyên nhân chính của SFO bao gồm việc đóng hoặc đóng lặp lại đường dây tải điện trên không hoặc đường dây cáp, dẫn đến quá điện áp trên cả ba pha Độ lớn của quá điện áp này chủ yếu phụ thuộc vào tốc độ cắt và khả năng dập tắt hồ quang của máy cắt, với bội số quá áp thường khoảng.

2 p.u Loại quá điện áp này thường được gọi là quá điện áp đóng cắt (Swiching Overvoltagres)

Sự cố hoặc giải trừ sự cố có thể dẫn đến quá điện áp với bội số thường lớn hơn 2 p.u., và điều này chủ yếu phụ thuộc vào phương thức nối đất của hệ thống điện Cụ thể, bội số quá áp được tính theo công thức (2k-1) p.u., trong đó k là hệ số nối đất.

Sa thải phụ tải gây ra điện áp cưỡng bức tác động lên các phía của tiếp điểm máy cắt, thường tạo ra quá điện áp lớn Để bảo vệ hệ thống, cần phải hạn chế loại quá điện áp này bằng cách sử dụng chống sét van.

Cắt dòng điện cung hoặc dòng điện cảm có thể gây ra quá điện áp tại vị trí đặt tụ điện và tại cuối đường dây cũng như máy biến áp.

Quá điện áp đầu sóng dốc (Fast-Front Overvoltage - FFO) là hiện tượng xảy ra khi sét đánh trực tiếp vào dây dẫn pha của đường dây tải điện trên không, hoặc do phóng điện ngược từ xà, cột vào dây dẫn pha, hoặc do sét đánh gần đường dây hoặc thiết bị điện FFO được đặc trưng bởi điện áp một chiều có biên độ lớn, với thời gian đỉnh từ 0,1 µs đến 20 µs và thời gian nửa đỉnh lên tới 300 µs.

Luận văn thạc sĩ Kĩ thuật Nghiên cứu

Quá áp đầu sóng rất dốc (VFFO) là loại điện áp một chiều với thời gian đỉnh đạt 0,1 µs, có thể có hoặc không có dao động ở tần số từ 30 kHz đến 100 MHz Loại quá điện áp này thường phát sinh tại các trạm GIS (Gas Insulated Substations) do hiện tượng cắt ngắn mạch, cắt động cơ, máy biến áp hoặc do tác động của sét đánh.

QUÁ ĐIỆN ÁP DO ĐÓNG ĐƯỜNG DÂY KHÔNG TẢI - HIỆU ỨNG

Hiệu ứng Ferranti trong hệ thống điện là hiện tượng tăng điện áp ở cuối đường dây tải điện dài hoặc trên đường dây cáp so với điện áp tại đầu đường dây khi đóng đường dây không tải vào nguồn điện hoặc khi sa thải phụ tải Hiện tượng này xảy ra do quá trình nạp điện của điện dung đường dây qua điện kháng Hiệu ứng Ferranti lần đầu tiên được quan sát vào năm 1887 bởi Sebastian Ziani de Ferranti trong nghiên cứu về đường dây cáp của mạng điện phân phối ở cấp điện áp 10 kV.

Khi đóng đường dây truyền tải vào nguồn điện áp u S =U m sint như Error! R eference source not found

- Xét vi phân chiều dài đường dây (dx) ta có sơ đồ như Error! Reference source n ot found.:

Hình 1 7: a) Sơ đồ vi phân chiều dài đường dây tải điện trên không (dx) b) Sơ đồ thay thế tương đương hình  của vi phân dx c

Hình 1 6: a) Sơ đồ nguyên lý đóng đường dây dài không tải vào nguồn điện áp xoay chiều; b) Sơ đồ thay thế hình  của đường dây L

Luận văn thạc sĩ Kĩ thuật Nghiên cứu

Trong đó: R 0 , G 0 , L 0 , C 0 là điện trở, điện dẫn, điện cảm và điện dung phân bố (trên đơn vị dài)

Từ sơ đồ thay thế tương đương viết hệ phương trình vi phân mô tả mạch như sau:

Hệ phương trình có thể viết dưới dạng toán tử Laplace sẽ là:

 Nghiệm của hệ phương trình có dạng:

  Điện áp và dòng điện tại cuối đường dây (x=l) có dạng:

Thay A(p) và B(p) vào phương trình (1.5) và (1.6) sẽ xác định được quan hệ giữa điện áp, dòng điện ở đầu đường dây và cuối đường dây như sau:

Trong đó: Z = R + jL là tổng trở của đường dây trên đơn vị dài;

Y = G + jC là tổng dẫn của đường dây trên đơn vị dài; l là chiều dài của đường dây;

Luận văn thạc sĩ Kĩ thuật Nghiên cứu

U S , I S là điện áp và dòng điện ở đầu đường dây (đầu phát);

U R , I R là điện áp và dòng điện ở cuối đường dây (đầu nhận);

       là hệ số truyền sóng;

  là tổng trở sóng của đường dây,

Chú ý: tại đầu đường dây x=0; U( X ) = U S và tại cuối đường dây U(l) = U R Điện áp tại cuối đường dây hở mạch (I R =0) sẽ là:

Như vậy điện áp tại cuối đường dây hở mạch tăng hơn so với đầu đường dây một lượng:

Hiện tượng tăng điện áp này được gọi là hiệu ứng Ferranti.

GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ TRẠM BIẾN ÁP 220 KV THÁI NGUYÊN VÀ ĐƯỜNG DÂY 220 KV THÁI NGUYÊN-SÓC SƠN

TỔNG QUAN VỀ TRẠM BIẾN ÁP 220 KV THÁI NGUYÊN

I.1 Vai trò của trạm biến áp 220 kVThái Nguyên

Trạm biến áp 220 kV Thái Nguyên, thuộc Công ty Truyền tải điện I, đóng tại Phường Quan Triều, TP Thái Nguyên, tỉnh Thái Nguyên, đóng vai trò quan trọng trong hệ thống phân phối điện miền Bắc Trạm có tổng công suất 626 MVA, bao gồm 2 MBA 250 MVA – 220/110/22 kV, 2 MBA 63 MVA – 110/35/22 kV, 7 ngăn lộ 220 kV và 16 ngăn lộ khác.

Trạm điện 110 kV bao gồm 09 ngăn lộ 35 kV và 10 ngăn lộ 22 kV, với hệ thống tụ bù gồm 02 tụ bù tĩnh 110 kV/40 MVAr, 01 bộ tụ bù dọc FSC - 51 MVAr và 01 bộ tụ bù SVC – 108 MVAr Nhiệm vụ chính của trạm là cung cấp điện cho khu công nghiệp Gang Thép Thái Nguyên, khu công nghiệp Sông Công, cũng như đáp ứng các nhu cầu kinh tế, chính trị và dân sinh cho các tỉnh phía Bắc như Bắc Giang, Cao Bằng, Bắc Kạn, Tuyên Quang và Hà Giang.

Trạm 220KV Thái Nguyên có sơ đồ nguyên lý thể hiện trên hình 2.1

Hình 2 3: Sơ đồ nhất thứ của trạm

Luận văn thạc sĩ Kĩ thuật Nghiên cứu

Trạm 220kV Thái Nguyên tiếp nhận điện từ hai nguồn chính: nguồn 220 kV từ Tuyên Quang và nguồn điện mua từ Trung Quốc Như thể hiện trong sơ đồ nhất thứ, các nguồn điện này đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp năng lượng cho khu vực.

Hệ thống 220 kV từ phía Trung Quốc được kết nối qua đường Hà Giang 1 và AT, bao gồm nhiều thiết bị đo lường, bảo vệ và cụm bù dọc (TBD202) Nguồn điện còn được cung cấp từ Tuyên Quang, Sóc Sơn và Bắc Giang Hai thanh cái C22 và C21 hoạt động độc lập do lệch điện áp, tập trung nguồn để cấp cho các tải phía sau Trên sơ đồ, đường dây chẵn nối vào thanh cái chẵn và đường dây lẻ vào thanh cái lẻ, cả hai thanh cái này không sử dụng máy cắt liên lạc Điện từ hai thanh cái được chuyển tới máy biến áp AT1 và AT2, tại đây nguồn điện được biến đổi thành các cấp 110 kV (cung cấp cho thanh cái C11, C12) và cấp 22 kV (đến khu vực bù SVC).

Nguồn điện 110 kV hiện tại được cấp trực tiếp cho các lộ: Sóc Sơn, Cao Bằng, Bắc Kạn, và hai đường lên nhà máy xi măng Cao Bằng chỉ nhận điện từ nguồn Trung Quốc Ngoài ra, nguồn này còn cung cấp cho các máy biến áp T3, T4, phục vụ tỉnh Thái Nguyên thông qua phụ tải 35 kV và 22 kV Hai máy biến áp T3, T4 cung cấp điện cho thành phố Thái Nguyên, các khu công nghiệp như Gang thép, Làng Cầm, và một phần cho điện tự dùng của trạm cùng thiết bị đo lường, bảo vệ.

Khu vực các khu công nghiệp cần được cấp điện từ hai máy biến áp T3 và T4 thông qua hai thanh cái C31 và C32, với máy cắt liên lạc 312 kết nối chúng Do sự hiện diện của các lò luyện thép cao tần, lượng sóng điều hòa phát ra rất lớn, yêu cầu hệ thống lọc sóng hài và bù công suất phản kháng cho toàn bộ hệ thống, với hệ thống bù tĩnh SVC được thiết lập Trong quá trình vận hành các trạm biến áp cao thế, có thể xảy ra sự cố thiết bị hoặc chế độ làm việc bất thường, dẫn đến dòng điện tăng cao và điện áp giảm thấp, gây hư hỏng thiết bị và mất ổn định hệ thống Nếu tình trạng này kéo dài, điện áp và tần số sẽ lệch khỏi giới hạn cho phép, có thể dẫn đến sự cố lan rộng.

Luận văn thạc sĩ Kĩ thuật Nghiên cứu tập trung vào việc duy trì hoạt động bình thường của hệ thống khi xảy ra sự cố Việc phát hiện nhanh chóng và cách ly sự cố khỏi các phần tử bị hư hỏng là rất quan trọng Nhờ đó, các phần tử còn lại có thể tiếp tục hoạt động bình thường và giảm thiểu tác động của sự cố Hệ thống bảo vệ quá điện áp cho trạm đóng vai trò quan trọng trong việc đạt được mục tiêu này.

THỐNG KÊ DÒNG ĐỊNH MỨC CÁC ĐZ, TC TRẠM 220KV THÁI NGUYÊN

TT Ngăn lộ Tiết diện dây dẫn (mm2) Dòng định mức (A)

1 271: Thái Nguyên - Phú BÌnh ASCR 410 810

2 272: Thái Nguyên - Hà Giang 1 ASCR 400: 51,9km

3 273: Thái Nguyên - Bắc Giang ASCR 400:62,2km 810

4 274: Thái Nguyên - Hà Giang 2 ASCR 400:41,9km

5 275: Thái Nguyên - TĐ T.Quang ASCR 2x300:134km 810

6 171: Thái Nguyên - Gò Đẩm ASCR 400: 21.2km 800

7 172: Thái Nguyên - An Khánh ASCR 400: 5.6km 800

8 173: Thái Nguyên - Quán Triều AC 185:7,6km 510

9 174: Thái Nguyên - Bắc Kạn AC 185:82,2km 510

10 175: Thái Nguyên - Cao Ngạn Cáp đồng M 1x240 714

11 176: Thái Nguyên - Cao Ngạn Cáp đồng M 1x241 714

12 177: Thái Nguyên - NMXM Q.Sơn AC 185:17,0km 510

13 178: Thái Nguyên - NMXM Q.Sơn AC 185:17,0km 510

14 372: Thái Nguyên - NM Gang Thép AC 240 610

15 373: Thái Nguyên - NM Gang Thép AC 240 610

16 376: Thái Nguyên - Phú Lương AC 95 330

17 377: Thái Nguyên - Đại Từ AC 95 330

18 380: Thái Nguyên - NMXM La Hiên AC 120 380

19 381: Thái Nguyên - Trại Cau AC 95 330

20 471: Thái Nguyên - Thành phố Cáp đồng M 1x150 375

21 472: Thái Nguyên - Thành phố Cáp đồng M 1x120 340

22 473: Thái Nguyên - Đồng Hỷ AC 120 380

23 474: Thái Nguyên - Phú Lương Cáp đồng M 1x150 375

Luận văn thạc sĩ Kĩ thuật Nghiên cứu

I.2 Thông số máy biến áp

- Kiểu: OBD 250/460; Công suất: 250/250/85 MVA; Điện áp: 225/115/23 kV;

- Hãng sản xuất: Pauwels- Bỉ sản xuất

- Điện áp định mức: 225/115/23kV Tần số: 50Hz

- Công suất định mức: 250.000/250.000/85.000 kVA

- Dòng điện định mức các cuộn dây:

Cuộn dây Điện áp ( V) Dòng điện (A)

- Tổ đấu dây: Y 0 tự ngẫu / ∆ -11

- Nấc phân áp bộ điều chỉnh không điện: 5 nấc điều chỉnh: 23± 2x 2,5% kV

Luận văn thạc sĩ Kĩ thuật Nghiên cứu

- Điện áp ngắn mạch % ở 75 độ C ( Un%):

(KVA) Cuộn dây Vị trí nấc Điện áp ngắn mạch

- Tổn thất khi đầy tải ( P N %) ở 75 độ C:

- Tổn thất không tải: Io = 0,03 %Iđm ở Uđm ; Po = 57,797 kW

(KVA) Cuộn dây Vị trí nấc ∆P N (W)

I.3 Thông số kháng điện a Kháng TCR:

- Năm vận hành: 03/2009 ( thông số 1 pha)

- Công suất định mức: 108 MVA

- Điện áp định mức: 23 kV

- Tần số định mức: 50 Hz

- Điện cảm định mức: 26,26 mH b Kháng Bậc 3:

- Năm vận hành: 03/2009 ( thông số 1 pha)

- Dòng điện định mức/ Qđm: 725A/26064 kVA

- Điện áp định mức: 23 kV

- Tần số định mức: 50 Hz

- Điện cảm định mức: 8,231 mH c Kháng Bậc 5: Năm vận hành: 03/2009 ( thông số 1 pha)

Luận văn thạc sĩ Kĩ thuật Nghiên cứu

- Dòng điện định mức/ Qđm: 580A/19210 kVA

- Điện áp định mức: 23 kV

- Tần số định mức: 50 Hz

- Điện cảm định mức: 3,729 mH d Kháng Bậc 7:

- Năm vận hành: 03/2009 ( thông số 1 pha)

- Dòng điện định mức/ Qđm: 445A/15184 kVA

- Điện áp định mức: 23 kV

- Tần số định mức: 50 Hz

- Điện cảm định mức: 2,344 mH

I.4 Thông số tụ điện a Tụ Bậc 3:

- Tiêu chuẩn áp dụng: IEC60871 – 1 (2005)

- Hãng sản suất: ABB Xi’an Rongxin electronic CO., LTD China

- Công suất định mức: 26.064 KVar

- Điện áp định mức 1 bình: 8,3 KV

- Tần số định mức: 50 Hz

- Công suất 1 bình: 600 KVar b Tụ Bậc 5:

- Tiêu chuẩn áp dụng: IEC60871 – 1 (2005)

- Hãng sản suất: ABB Xi’an Rongxin electronic CO., LTD China

- Công suất định mức: 19210 KVar

- Điện áp định mức 1 bình: 8,3 KV

Luận văn thạc sĩ Kĩ thuật Nghiên cứu

- Tần số định mức: 50 Hz

- Công suất 1 bình: 600 KVar c Tụ Bậc 7: Năm vận hành: 03/2009

- Tiêu chuẩn áp dụng: IEC60871 – 1 (2005)

- Hãng sản suất: ABB Xi’an Rongxin electronic CO., LTD China

- Công suất định mức: 15184 KVar

- Điện áp định mức 1 bình: 7,9 KV

- Tần số định mức: 50 Hz

I.5 Thông số chống sét van

Loại Y10W-200/496 Loại Y10W-200/496 Loại Y10W-200/496 hãng PINGGAO - TQ hãng PINGGAO - TQ Hãng PINGGAO - TQ

2 Đặc tính của vỏ chống sét van §-êng kÝnh vá

Chiều dài dòng điện rò

Mức cách điện xung -BIL- 1,2/50 (kV) Điện áp phóng điện -ớt 50-60Hz

- 2 gi©y (kV) Điện áp phóng điện -ớt - quá áp thao tác (kV)

Luận văn thạc sĩ Kĩ thuật Nghiên cứu

3 Điện áp d- cực đại Điện áp d- - 8/20s (kV) Điện áp d- - xung đóng cắt (kV) 1.5kA 3kA 5kA 10kA 20kA 40kA 125A 500A

TỔNG QUAN VỀ ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN SÓC SƠN-THÁI NGUYÊN

Đường dây 220 kV Thái Nguyên-Sóc Sơn là mạch đơn dài 39,9 km, sử dụng dây nhôm lõi thép ACK-410/53 Nó kết nối với thanh góp 220 kV tại Thái Nguyên qua máy cắt 271 và thanh góp 220 kV tại trạm biến áp Sóc Sơn qua máy cắt 273 Đường dây này thuộc mạch vòng kín Thái Nguyên-Sóc Sơn-Bắc Giang-Phả Lại, với sơ đồ nguyên lý được thể hiện trong Hình 2.4 Thông số và kết cấu chi tiết của đường dây được cung cấp trong Phụ lục 1.

Hình 2 4: Sơ đồ mạch vòng 220 kV

Luận văn thạc sĩ Kĩ thuật Nghiên cứu

Trạm biến áp 220 kV Thái Nguyên, thuộc Công ty truyền tải điện I, nằm tại Phường Quán Triều, TP Thái Nguyên, tỉnh Thái Nguyên, đóng vai trò quan trọng trong hệ thống phân phối điện miền Bắc Với tổng công suất 626 MVA, trạm bao gồm 2 MBA 250 MVA – 220/110/22 kV, 2 MBA 63 MVA – 110/35/22 kV, 07 ngăn lộ 220 kV và 16 ngăn lộ khác.

Trạm điện 110 kV bao gồm 09 ngăn lộ 35 kV và 10 ngăn lộ 22 kV, với các thiết bị tụ bù như 02 tụ bù tĩnh 110kV/40 MVAr, 01 bộ tụ bù dọc FSC - 51 MVAr và 01 bộ tụ bù SVC – 108 MVAr Nhiệm vụ chính của trạm là cung cấp điện cho khu công nghiệp Gang Thép Thái Nguyên, khu công nghiệp Sông Công, cùng với các nhu cầu kinh tế, chính trị và dân sinh của các tỉnh phía Bắc như Bắc Giang, Cao Bằng, Bắc Kạn, Tuyên Quang và Hà Giang Đường dây 220 kV Thái Nguyên-Sóc Sơn, thuộc Công ty Truyền tải điện Miền Bắc, nằm trong mạch vòng kín Phả Lại-Bắc Giang-Thái Nguyên-Sóc Sơn-Phả Lại, có chiều dài 39,9 km, sử dụng dây nhôm lõi thép tăng cường ACK-410/53 và được kết nối với thanh góp 220 kV phía Thái Nguyên qua máy cắt 271 và thanh góp 220 kV trạm biến áp Sóc Sơn qua máy cắt 273.

Luận văn thạc sĩ Kĩ thuật Nghiên cứu

MÔ PHỎNG ĐƯỜNG DÂY 220 KV THÁI NGUYÊN-SÓC SƠN

Ch-ơng trình ATP-EMTP

Chương trình ATP-EMTP (Electro-Magnetic Transients Program) là công cụ nổi bật trong nghiên cứu quá độ điện từ, được công nhận rộng rãi để mô phỏng các hiện tượng điện - cơ và điện từ trong hệ thống điện ATP-EMTP cung cấp khả năng phân tích linh hoạt và hiệu quả, hiện đang được sử dụng phổ biến trên toàn cầu trong các lĩnh vực thiết kế và vận hành thiết bị điện.

With the support of the Bonneville Power Administration (BPA), the ATP-EMTP program has been developed and widely implemented since the early years.

ATP-EMTP được chính thức thương mại hóa từ năm 1984, ban đầu chỉ bao gồm các mô đun đơn giản để tính toán quá trình quá độ điện từ trong hệ thống điện Qua thời gian, EMTP đã phát triển mạnh mẽ nhờ sự đóng góp của nhiều nhà khoa học trên toàn thế giới Hiện nay, ATP-EMTP cho phép tính toán các thông số hệ thống điện trong chế độ quá độ ở miền thời gian, giải quyết nhiều bài toán phức tạp liên quan đến điện năng.

- Hành vi các thiết bị điều khiển trong hệ thống điện,

- Đóng cắt điện kháng, máy biến áp và tụ điện,

- Đóng và tự đóng lại đ-ờng dây,

- Đóng cắt máy cắt đồng thời hoặc không đồng thời,

- ổn định quá độ, sa thải phụ tải,

- Phân tích sóng hài, cộng h-ởng lõi từ, dao động sắt từ,

- Quá điện áp thao tác, quá điện áp khí quyển, quá điện áp phục hồi,

- Nghiên cứu quá điện áp bằng xác suất thống kê,

- Kiểm tra các thiết bị rơle bảo vệ,

- Quá trình quá độ thao tác và ngắn mạch,

Luận văn thạc sĩ Kĩ thuật Nghiên cứu

- Mô phỏng máy điện, khởi động động cơ,

- Mô phỏng các thiết bị FACTS nh- : SVC, STATCOM, TCSC,

- ứng dụng điện tử công suất mô phỏng hệ thống điều khiển,…

ATP-EMTP có khả năng chuyển đổi kết quả từ miền thời gian sang miền tần số và phân tích hệ thống nhiều pha ở chế độ xác lập Phần mềm này cho phép mô phỏng các hệ thống điện lớn và phức tạp với quy mô tối đa, như được trình bày trong Bảng 3.1.

Khả năng mô phỏng của ATP Bảng 3.1

Số l-ợng phần tử phi tuyến 2250

Số l-ợng máy điện 3 pha 90

ATPDraw là một mô đun quan trọng trong chương trình ATP-EMTP, hoạt động trên nền tảng Windows với giao diện đồ họa trực quan và dễ sử dụng, giúp người dùng tạo ra các mạch mô phỏng quá độ Phần mềm này cung cấp nhiều mô phỏng sẵn có cho các phần tử trong hệ thống điện, đồng thời cho phép người dùng tạo ra các mô phỏng mới thông qua ngôn ngữ MODELS của chương trình Các phần mô phỏng của ATPDraw được trình bày trong các bảng dưới đây.

Phần tử đo l-ờng (Probes & 3-phase):

- Phần tử đo l-ờng điện áp nút, nhánh, dòng điện và theo dõi TACS

- Phần tử hoán vị pha

- Bộ tách 3 pha thành một pha

- Bộ chỉ thứ tự pha ABC/DEF

Luận văn thạc sĩ Kĩ thuật Nghiên cứu

- Nhánh tuyến tính đơn bao gồm: 1 pha, 3 pha

- Nhánh phi tuyến: 1 pha phi tuyến R, L 1 pha và 3 pha MOV kiểu 93, 96 và 98 phi tuyến với điều kiện đầu

Luận văn thạc sĩ Kĩ thuật Nghiên cứu Đ-ờng dây trên không/cáp (Lines/Cables)

- Thông số tập trung hình  (kiểu 1,2… ) và nhánh RL nối tiếp (kiểu 51, 52… )

- Thông số phân bố có tham số không phụ thuộc tần số

Luận văn thạc sĩ Kĩ thuật Nghiên cứu

- LCC đ-ờng dây và cáp có thể chọn từ 1 đến 9 pha

- Ngoài ra trong th- viện của ATPDraw không phải là các phần tử trên thì có thể nhập thông số đ-ờng dây/cáp từ file khác

- Thời gian và điện áp điều khiển, chuyển mạch điều khiển thời gian 3 pha

Luận văn thạc sĩ Kĩ thuật Nghiên cứu

- TACS đơn điều khiển đóng, cắt

- Chuyển đổi hệ thống và thống kê

Chương trình ATPDraw sử dụng hai loại nguồn điện: nguồn điện tĩnh và nguồn điện động Nguồn điện tĩnh cung cấp giá trị biên độ (điện áp hoặc dòng điện), góc pha, thời điểm bắt đầu và kết thúc Trong khi đó, nguồn điện động bao gồm các loại máy điện quay, cả đồng bộ và không đồng bộ.

- Nguồn một chiều và xoay chiều, 3 pha xoay chiều

- Nguồn dạng răng c-a (Ramp function)

- Nguồn xung sột (Surge sources)

Luận văn thạc sĩ Kĩ thuật Nghiên cứu

Máy biến áp điện lực (Transformers)

- Máy biến áp 1 pha và 3 pha lý t-ởng

- Máy biến áp một pha

- Máy biến áp 3 pha hai cuộn dây và ba cuộn dây

- Máy biến áp tự ngẫu một pha, 3 pha 2 và 3 cuộn dây

Phần tử tần số (Frequency compornent)

- Nguồn sóng hài, cho việc nghiên cứu tần số quét sóng hài

- Nguồn tần số một pha và ba pha phụ thuộc tải định dạng CIGRé

- Phần tử RLC một pha với tần số phụ thuộc tham số

Luận văn thạc sĩ Kĩ thuật Nghiên cứu

KẾT QUẢ MÔ PHỎNG QUÁ ĐIỆN ÁP KHÍ QUYỂN VÀ QUÁ ĐIỆN ÁP ĐÓNG CẮT

KẾT QUẢ MÔ PHỎNG QUÁ ĐIỆN ÁP KHÍ QUYỂN

Nghiên cứu quá điện áp tại các điểm nút quan trọng trong trạm biến áp, như đầu vào máy biến áp điện lực và điểm đặt các máy biến điện áp, là rất cần thiết Độ lớn của quá điện áp chịu ảnh hưởng từ nhiều yếu tố, bao gồm tham số phóng điện sét, tình hình bảo vệ của đường dây và trạm biến áp, phương thức bảo vệ hệ thống chống sét, cấu trúc tự bảo vệ của trạm, và vị trí sét đánh Chương này sẽ tập trung vào việc phân tích sự biến thiên của quá điện áp tại các nút đã được xác định trước dựa trên các yếu tố này.

- Dòng điện trong khe sét;

- Cấu trúc tự bảo vệ của trạm biến áp

Khi phân tích tác động của một tham số đến quá điện áp, các tham số khác cần được giữ cố định Chẳng hạn, khi xem xét ảnh hưởng của dòng điện trong khe sét đối với biến động của quá điện áp, vị trí sét đánh và cấu trúc của trạm biến áp phải được giữ nguyên.

I.1 Ảnh hưởng của dòng điện sét tới quá điện áp

Dòng điện trong khe sét là một chỉ số ngẫu nhiên, phản ánh cơ chế hình thành và phóng điện trong các trường hợp cụ thể, phụ thuộc vào quá trình hình thành đám mây điện, đặc điểm khí hậu và khả năng tập trung điện tích trái dấu trên mặt đất Giá trị dòng điện này biến thiên từ 2 kA đến 270 kA, do đó, nghiên cứu về sét và chống sét cần xem xét các giá trị cụ thể cùng với xác suất xảy ra tương ứng.

Xác suất xuất hiện dòng điện sét ứng với giá trị I được xác định theo công thức sau:

Luận văn thạc sĩ Kĩ thuật Nghiên cứu

Tác giả nghiên cứu 5 giá trị dòng điện trong khe sét nhằm xác định quy luật biến thiên của quá điện áp khí quyển tại trạm biến áp Thông tin về dòng điện sét và xác suất xảy ra được trình bày trong Bảng 4.

Bảng 4 3: Xác suất xuất hiện dòng điện sét

I.2 Quá điện áp trên các pha tại đầu cực máy biến áp

Nghiên cứu biến thiên của quá điện áp trên các pha liên quan đến độ lớn dòng điện trong khe sét giả định rằng trạm biến áp được trang bị đầy đủ thiết bị và các xuất tuyến Vị trí sét đánh được xác định ở đỉnh cột thứ hai, cách trạm biến áp 300 m.

Kết quả mô phỏng điện áp trên các pha A, B, C tại đầu cực máy biến áp AT1 cho thấy, với dòng điện trong khe sét biến thiên từ 2 kA, chưa xảy ra phóng điện ngược giữa thân cột điện và dây dẫn pha Tuy nhiên, khi dòng sét được dẫn vào đất, điện áp cảm ứng tần số cao xuất hiện trên dây dẫn pha, xếp chồng lên điện áp tần số 50 Hz.

Khi khảo sát với dòng điện 31 kA (giá trị trung bình với xác suất xuất hiện dòng điện sét 0,5), điện áp trên đầu cực máy bến áp xuất hiện dưới dạng xung tần số cao Cụ thể, pha C có đỉnh xung lớn nhất đạt 700 kV, pha B có điện áp đỉnh -145 kV và pha A đạt 280 kV Nguyên nhân pha C có đỉnh lớn là

(file khiquyen_c2.pl4; x-var t) v:AT1A v:AT1B v:AT1C

(file khiquyen_c2.pl4; x-var t) v:AT1A v:AT1B v:AT1C

Hình 4 12: Điện áp đầu cực máy biến áp khi sét đánh vào đỉnh cột thứ 2 với dòng điện sét bằng 2 kA

Khi dòng điện sét được dẫn vào đất, điện áp giáng lên điện trở chân cột (R) và điện cảm thân cột (L) tạo ra mức điện áp tổng hợp (U R + U L) Pha C, là pha trên cùng, chịu điện áp lớn hơn hai pha còn lại và vượt quá điện áp phóng điện của chuỗi cách điện, dẫn đến hiện tượng phóng điện ngược giữa xà (hoặc thân cột) và dây dẫn pha Mặc dù hai pha còn lại chưa bị phóng điện, nhưng chúng vẫn chịu điện áp cảm ứng dạng hài bậc cao do dao động từ tần số riêng của mạch Điện áp trên cả ba pha có đặc điểm chung là dạng sóng hài bậc cao xếp chồng lên điện áp xoay chiều tần số công nghiệp, và các dao động này sẽ tắt sau khoảng 10 chu kỳ của tần số công nghiệp.

(file khiquyen_c2.pl4; x-var t) v:AT1A v:AT1B v:AT1C

UA= UB UC=ULC+UR

Hình 4 13: a Biến thiên của điện áp trên đầu cực AT1 khi dòng điện sét bằng 31 kA b Cấu trúc cột điện của đường dây 220 kV Thái Nguyên-Sóc Sơn a) b)

Luận văn thạc sĩ Kĩ thuật Nghiên cứu

Khi khảo sát với dòng điện sét lớn hơn (50 kA, 100 kA và 150 kA), cả ba pha đều xảy ra phóng điện trên cách điện đường dây tại vị trí sét đánh Quá điện áp này lan truyền dọc theo đường dây vào trạm biến áp, với trị số điện áp lớn nhất đo được tại đầu cực máy biến áp lần lượt là 0,97 MV và 1,78 MV cho ba trường hợp trên.

Ở mức điện áp xung lên đến 2,73 MV, nếu không có biện pháp bảo vệ thích hợp, máy biến áp và các thiết bị trong trạm có nguy cơ bị phóng điện, dẫn đến các sự cố nghiêm trọng.

Hình 4 14: a Biến thiên của quá điện áp trên đầu cực AT1 với IP kA; b) b Đỉnh điện áp trên 3 pha

(file khiquyen_c2.pl4; x-var t) v:AT1A v:AT1B v:AT1C

(f ile 1_khiquy en_c2.pl4; x-v ar t) v :AT1A v :AT1B v :AT1C 0 5 10 15 20 25 [us] 30 -0,4

Hình 4 15: a Biến thiên của quá điện áp trên đầu cực AT1 với I0 kA; b Biến thiên của quá điện áp trên đầu cực AT1 với I0 kA

(file khiquyen_c2.pl4; x-var t) v:AT1A v:AT1B v:AT1C

(file khiquyen_c2.pl4; x-var t) v:AT1A v:AT1B v:AT1C

Luận văn thạc sĩ Kĩ thuật Nghiên cứu

I.3 Quá điện áp trên đầu cực thiết bị điện trong trạm

Hình 4.16 minh họa xung quá điện áp ảnh hưởng đến cách điện pha A của các thiết bị điện trong trạm biến áp, bao gồm máy biến áp đo lường TU271, TU273, TU275, TUC21 và máy biến áp AT1, với dòng điện 100 kA Kết quả phân tích cho thấy sự tác động rõ rệt của xung quá điện áp lên các thiết bị này.

Quá điện áp là một dạng xung một chiều với nhiều đỉnh khác nhau và có dạng dao động tắt dần Bề rộng của xung đầu tiên khoảng 22 µs, tương đương với thời gian súng dòng điện sét tiêu chuẩn là 1,2/50 µs.

- Đỉnh điện áp xung tác dụng lên cách điện đường dây tại vị trí sét đánh có dạng

Khi sét đánh, điện áp có giá trị lớn lên tới 3,34 MV Tuy nhiên, khi điện áp này lan truyền đến các thiết bị điện trong trạm, nó sẽ xuất hiện dưới dạng dao động với biên độ giảm dần theo thời gian và có biên độ nhỏ hơn so với giá trị điện áp tại vị trí sét đánh.

Đỉnh điện áp tác dụng lên các thiết bị điện trong trạm có sự khác biệt rõ rệt, với thiết bị gần điểm bị sét đánh chịu mức quá điện áp lớn nhất Cụ thể, máy biến điện áp đo lường tại cuối đường dây Thái Nguyên-Sóc Sơn TU271 ghi nhận điện áp 1,88 MV, trong khi máy biến điện áp tại Bắc Giang-Thái Nguyên TU273 và Tuyên Quang-Thái Nguyên TU275 lần lượt chịu mức điện áp 1,82 MV và 1,78 MV Ngoài ra, điện áp trên máy biến áp đo lường tại thanh cái TUC21 và máy biến áp AT1 tương đương nhau, đạt khoảng 1,76 MV.

(file 1_khiquyen_c2.pl4; x-var t) v:TU271C v:TUC21C v:AT1C v:TU275C v:TU273C v:C2C

(file 1_khiquyen_c2.pl4; x-var t) v:TU271C v:TUC21C v:AT1C v:TU275C v:TU273C v:C2C

Hình 4 16: a) Quá điện áp tác dụng lên các thiết bị điện trong trạm biến áp b) Đỉnh xung điện áp a) b)

Luận văn thạc sĩ Kĩ thuật Nghiên cứu

I.4 Sự biến thiên của quá điện áp theo vị trí sét đánh

Khảo sát sự biến thiên của quá điện áp trên đầu cực máy biến áp AT1, tác giả đã phân tích 5 vị trí sét đánh, bắt đầu từ cột cuối cùng của đường dây dẫn đến trạm biến áp.

KẾT QUẢ MÔ PHỎNG QUÁ ĐIỆN ÁP ĐÓNG CẮT

Nghiên cứu quá điện áp đóng cắt trên đường dây và trong trạm biến áp được thực hiện thông qua mô phỏng, như thể hiện trong Hình 3.1 Tác giả áp dụng phương pháp thống kê với 100 lần đóng cắt sử dụng chương trình ATPDraw, trong đó quá trình đóng cắt không có tính chất tích lũy Kết quả nghiên cứu có thể được ứng dụng trong việc tính toán và lựa chọn cách điện, tính toán năng lượng hấp thụ của thiết bị chống sét, cũng như trong việc lựa chọn các giải pháp bảo vệ quá điện áp và thời điểm đóng/cắt máy cắt để đảm bảo hiệu quả vận hành.

1_khiquy en_c20.pl4: v :AT1C 1_khiquy en_c271.pl4: v :AT1C 1_khiquy en_c273.pl4: v :AT1C 1_khiquy en_c275.pl4: v :AT1C 1_khiquy en_c2du.pl4: v :AT1C

Hình 4 18: Ảnh hưởng của máy biến áp kiểu tụ tới quá điện áp sét

Luận văn thạc sĩ Kĩ thuật Nghiên cứu

II.1 Biến thiên của quá điện áp

Biến thiên của quá điện áp trên đường dây tải điện khi đóng đường dây không tải vào nguồn điện áp cho thấy điện áp có dạng hài bậc cao với biên độ lớn, xếp chồng lên điện áp tần số 50Hz và dao động tắt dần sau khoảng 7 chu kỳ Quá điện áp xuất hiện đồng thời trên cả 3 pha ngay sau khi đóng máy cắt, với pha A có điện áp lớn nhất, tiếp theo là pha C và pha B Sự khác biệt này giữa các pha là yếu tố quan trọng trong việc lựa chọn thời điểm đóng máy cắt, nhằm hạn chế quá điện áp và giảm tần suất, độ lớn quá điện áp cho thiết bị trong trạm biến áp, từ đó giảm nguy cơ sự cố phóng điện trên cách điện và năng lượng hấp thụ trên thiết bị chống sét.

II.2 Phân bố điện áp theo phương pháp thống kê

Trong hệ thống điện việc phối hợp cách điện thường được thực hiện theo hai phương pháp: Phương pháp tiêu chuẩn (ước định) và phương pháp thống kê

Phương pháp tiêu chuẩn được áp dụng cho các yêu cầu cao, đặc biệt là trong trường hợp quá điện áp lớn và hiếm khi xảy ra Bên cạnh đó, chiều dài cách điện cũng ít khi giảm xuống mức tối thiểu của nó.

Ngày nay, việc xác định xác suất phóng điện trên cách điện thường được thực hiện thông qua phương pháp thống kê Phương pháp này không dựa trên các yếu tố ngẫu nhiên mà sử dụng dữ liệu thực tế để phân tích và dự đoán khả năng xảy ra hiện tượng phóng điện.

Hình 4 19: Điện áp 3 pha tại cuối đường dây tải điện

Luận văn thạc sĩ Kĩ thuật nghiên cứu dự báo các quá điện áp đặc biệt trong hệ thống điện, chú trọng đến xác suất xảy ra các quá điện áp lớn và khả năng vượt quá những giá trị điện áp cụ thể Để xác định chính xác quá điện áp, cần phải biết hàm mật độ xác suất hoặc hàm phân phối tích lũy liên quan.

Phân bố điện áp theo phương pháp thống kê quá điện áp đóng cắt trong trường hợp nghiên cứu được cho chi tiết trong Phụ lục 2

Hình 4.23 minh họa xác suất phân bố điện áp pha A trên thanh góp 220 kV tại trạm biến áp Thái Nguyên sau 100 lần đóng cắt bằng máy cắt đường dây Hàm phân bố cung cấp thông tin chi tiết về xác suất xuất hiện quá điện áp, với phương sai là 0,372469444 và độ lệch chuẩn là 0,610302748.

Qu á áp c ự c đ ại Đi ện áp c ác h đi ện nh ỏ nh ất a)

Phương pháp phối hợp cách điện tiêu chuẩn và phương pháp thống kê được sử dụng để phân tích quá điện áp Hàm mật độ phân phối của quá điện áp được ký hiệu là f(U), trong khi hàm xác suất của điện áp cách điện cơ sở được ký hiệu là f(U w).

R là nguy cơ phóng điện

PHÂN BỐ THỐNG KÊ ĐIỆN ÁP

Luận văn thạc sĩ Kĩ thuật Nghiên cứu

II.3 Phân bố của quá điện áp 2% dọc theo chiều dài đường dây

Trong hệ thống điện 220 kV trở lên, quá điện áp đóng cắt với xác suất 2% thường được áp dụng để tính toán cường độ cách điện cho đường dây và trạm biến áp Điện áp được tính theo hệ đơn vị tương đối định mức (p.u), được trình bày trong Bảng 4 4, trong đó 1 đơn vị tương đối được xác định theo biểu thức cụ thể.

1p.u  3 với U S = 245 kV là điện áp lớn nhất của cấp điện áp 220 kV

Như vậy 1 p.u đổi ra đơn vị có tên bằng 179 kV

Từ kết quả phân tích cho thấy quá điện áp phát sinh và lan truyền trên đường dây có giá trị lớn trên cả 3 pha, biến thiên từ 2,4 p.u tới 5,1 p.u

Biểu đồ trong Hình 4.22 cho thấy điện áp 3 pha phân bố dọc theo đường dây tải điện, với pha A có điện áp lớn nhất và điện áp giảm dần về phía cuối dây Tại trạm biến 220 kV Thái Nguyên, điện áp truyền vào tương đương với điện áp trên đầu cực của máy cắt, trong khi điện áp trên thanh góp phía Sóc Sơn thấp hơn (cụ thể là 2,75; 2,05 và 2,3 cho pha A, B và C) Sự chênh lệch này xảy ra do máy cắt điện đường dây tại Sóc Sơn hòa đồng bộ sau máy cắt Thái Nguyên 1/2 chu kỳ (0,01 giây) Kết quả này được minh họa rõ ràng trong Hình 4.23.

 Bảng 4 4: Phân bố điện áp trên đường dây và thanh góp trạm biến áp

Luận văn thạc sĩ Kĩ thuật Nghiên cứu

Pha TG Thái Nguyên Cột C1 Cột C62 Cột C125 TG Sóc Sơn Đơn vị

Bằng cách lựa chọn thời điểm đóng của máy cắt điện và thời điểm hòa đồng bộ, chúng ta có thể kiểm soát hiệu quả độ lớn của quá điện áp đóng cắt.

Hình 4 22: Điện áp 3 pha tại cuối đường dây tải điện

Hình 4 23: Quá điện áp trên pha A tại thanh góp Thái Nguyên và thanh góp Sóc Sơn

(f ile 2noibo.pl4; x-v ar t) v :TG-SSA v :C125A 0 10 20 30 40 [ms] 50 -400

Luận văn thạc sĩ Kĩ thuật Nghiên cứu

Chương 4 của bài viết trình bày kết quả nghiên cứu về quá điện áp khí quyển và quá điện áp đóng cắt tại đường dây tải điện và trạm biến áp 220 kV Thái Nguyên Nghiên cứu này đã chỉ ra những ảnh hưởng và đặc điểm quan trọng của các loại quá điện áp này trong hệ thống điện.

1 Đối với quá điện áp sét do sét đánh vào đỉnh cột điện:

Quá điện áp sét có khả năng gây ra phóng điện trên cách điện tại vị trí sét đánh khi dòng điện trong khe sét đạt ngưỡng đủ lớn Nghiên cứu chỉ ra rằng dòng điện sét từ 31 kA là mức tối thiểu để gây ra phóng điện sét trên một pha của đường dây.

- Quá điện áp có dạng xung 1 chiều xếp chồng lên điện áp tần số 50 Hz

- Quá điện áp lan truyền dọc đường dây vào trạm biến áp

Khi xảy ra hiện tượng phóng điện trên cả ba pha tại vị trí bị sét đánh, các thiết bị điện trong trạm sẽ gặp nguy hiểm nếu không có các biện pháp bảo vệ thích hợp.

- Vị trí sét đánh càng xa trạm biến áp, thì quá điện áp tác dụng lên cách điện của các thiết bị điện trong trạm càng giảm

- Các máy biến điện áp đo lường kiểu tụ có tác dụng bảo vệ chống sét cho trạm biến áp

2 Đối với quá điện áp đóng cắt

- Quá điện áp do đóng đường dây không tải có dạng hài bậc cao xếp chồng lên điện áp 50 Hz

- Phân bố điện áp dọc đường dây có xu hướng tăng dần về phía cuối đường dây

- Điện áp lan truyền vào trạm biến áp Thái Nguyên bằng với điện áp trên đầu cực máy cắt đường dây Thái Nguyên-Sóc Sơn

- Quá điện áp xuất hiện trên đường dây và lan truyền vào trạm biến áp biến thiên từ 2,3 p.u tới 5,1 p.u

Luận văn thạc sĩ Kĩ thuật Nghiên cứu

KẾT LUẬN CHUNG VÀ ĐỀ XUẤT

Nghiên cứu quá điện áp là yếu tố thiết yếu trong thiết kế và vận hành hệ thống điện, cung cấp dữ liệu cần thiết để tính toán và phối hợp cách điện cho đường dây tải điện, trạm biến áp và nhà máy điện Việc thiết kế hệ thống bảo vệ quá điện áp dựa trên thông tin đầy đủ giúp đảm bảo tính hợp lý về kỹ thuật và kinh tế, đồng thời giảm thiểu nguy cơ sự cố và rủi ro trong vận hành hệ thống điện.

Quá điện áp trong hệ thống điện có hai loại chính: quá điện áp sét và quá điện áp nội bộ Mặc dù quá điện áp sét có độ lớn cao hơn, nhưng năng lượng của nó thường thấp hơn so với quá điện áp nội bộ Tính toán điện áp nút bằng phương pháp thủ công thường phức tạp và dễ sai số, đặc biệt khi số lượng nút và nhánh nhiều Tuy nhiên, với sự hỗ trợ của phần mềm chuyên dụng như ATP-EMTP, việc nghiên cứu quá trình quá độ điện từ trở nên đơn giản và chính xác ngay cả trong các mạng điện phức tạp.

Trong nội dung nghiên cứu của đề tài đã chỉ ra một số kết luận quan trọng như sau:

- Quá điện áp sét có dạng xung 1 chiều sếp chồng lên điện áp tần số công nghiệp, độ lớn tăng theo độ lớn dòng điện trong khe sét;

- Dòng điện trong khe sét từ 31 kA trở lên bắt đầu có hiện tượng phóng điện ngược tại vị trí sét đánh;

Ngày đăng: 21/11/2023, 14:03

Nguồn tham khảo

Tài liệu tham khảo Loại Chi tiết
[2] Farouk A. M. Rizk, Giao N. Trinh, "High voltage engineering", CRC Press, 2014 Sách, tạp chí
Tiêu đề: High voltage engineering
[3] E Kiesslingã P. Nefzgerã J.E Nolascoã U. Kaintzyk, "Overhead Power Lines, Planning, Design, Construction", Spinger, 2002 Sách, tạp chí
Tiêu đề: Overhead Power Lines, Planning, Design, Construction
Tác giả: E Kiessling, P. Nefzger, J.E Nolasco, U. Kaintzyk
Nhà XB: Spinger
Năm: 2002
[4] Andrew R. Hileman, "Insulation co-ordination for power systems", CRC Press, 1999 Sách, tạp chí
Tiêu đề: Insulation co-ordination for power systems
Tác giả: Andrew R. Hileman
Nhà XB: CRC Press
Năm: 1999
[5] Std. IEC 60071-1, "Insulation Co-ordilation , Part 1: Definitions, Principles and Rules", International Electrotechnical Commission Press, 2006 Sách, tạp chí
Tiêu đề: Insulation Co-ordilation , Part 1: Definitions, Principles and Rules
[6] Std. IEC 60071-4, "Insulation co-ordination, Part 4: Computational guide to insulation co-ordination and modelling of electrical networks", International Electrotechnical Commission Press, 2004 Sách, tạp chí
Tiêu đề: Insulation co-ordination, Part 4: Computational guide to insulation co-ordination and modelling of electrical networks
[7] Juergen Schlabbach and Karl-Heinz Rofalski, "Power System Engineering, Planning, Design, and Operation of Power", Weinheim:WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2008 Sách, tạp chí
Tiêu đề: Power System Engineering, Planning, Design, and Operation of Power
Tác giả: Juergen Schlabbach, Karl-Heinz Rofalski
Nhà XB: Weinheim: WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA
Năm: 2008
[8] Mircea Eremia, Mohammad Shahidehpour, "Handbook of Electrical Power System Dynamics, Modeling, Stability, and Control", Piscataway:IEEE Press, 2013 Sách, tạp chí
Tiêu đề: Handbook of Electrical Power System Dynamics, Modeling, Stability, and Control
Tác giả: Mircea Eremia, Mohammad Shahidehpour
Nhà XB: IEEE Press
Năm: 2013
[9] B. N. Mali et al., Performance Study of Transmission Line Ferranti Effect and Fault Simulation Model Using MATLAB, INTERNATIONAL JOURNAL OF INNOVATIVE RESEARCH IN ELECTRICAL,ELECTRONICS, INSTRUMENTATION AND CONTROLENGINEERING (IJIREEICE), 2016 Sách, tạp chí
Tiêu đề: Performance Study of Transmission Line Ferranti Effect and Fault Simulation Model Using MATLAB
Tác giả: B. N. Mali, et al
Nhà XB: INTERNATIONAL JOURNAL OF INNOVATIVE RESEARCH IN ELECTRICAL, ELECTRONICS, INSTRUMENTATION AND CONTROL ENGINEERING (IJIREEICE)
Năm: 2016
[11] A. Hileman, Insulation Coordination for Power Systems, Marcel Dekker, 1999 Sách, tạp chí
Tiêu đề: Insulation Coordination for Power Systems
Tác giả: A. Hileman
Nhà XB: Marcel Dekker
Năm: 1999
[10] A. Divya Swarna Sri et al., Depiction and Compensation of Ferranti Effect in Transmission Line, International Journal for Research in Applied Science & Engineering Technology (IJRASET), 2018 Khác
[12] Transmission Line Reference Book, 345 kV and Above, Palo Alto, California: Electric Power Research Institute, 1982.Luận văn thạc sĩ Kĩ thuật Nghiên cứu Khác

TÀI LIỆU CÙNG NGƯỜI DÙNG

TÀI LIỆU LIÊN QUAN

w