Nghiên ứu á giải pháp sử dụng tự đóng lại ho đường dây truyền tải 220kv hà giang thái nguyên

Quá trình đóng cắt đường dây dài sinh ra hồ quang trong máy cắt có thể làm hư hỏng máy cắt hoặc hình thành hồ quang duy trì dẫn đến gián đoạn cung cấp điện hoặc nguy hiểm hơn là phá hỏng

NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP SỬ DỤNG TỰ ĐÓNG LẠI

HÀ GIANG - THÁI NGUYÊN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

KỸ THUẬT ĐIỆN HƯỚNG HỆ THỐNG ĐIỆN

Hà Nội – Năm 2013

Duy Thanh

NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP SỬ DỤNG TỰ ĐÓNG LẠI CHO

ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI 220kV HÀ GIANG - THÁI NGUYÊN

Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện hướng Hệ thống điện

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

KỸ THUẬT ĐIỆN HƯỚNG HỆ THỐNG ĐIỆN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1 TS Nguyễn Xuân Hoàng Việt

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

LỜI CẢM ƠN 5

Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt: 6

Danh mục các bảng: 7

Danh mục các hình vẽ: 8

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TỰ ĐỘNG ĐÓNG LẠI 12

1.1 Tác động và phân loại thiết bị tự động đóng lại 12

1.2 Yêu cầu đối với thiết bị TĐL 14

1.3 Các đại lượng thời gian trong quá trình tự đông đóng lại 16

1.4 Ưu nhược điểm của TĐL một pha và TĐL ba pha 18

1.5 Các vấn đề kỹ thuật khi sử dụng TĐL trên đường dây truyền tải điện Mã Quan – Hà Giang – Thái Nguyên 19

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN, MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH CẮT - ĐÓNG HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI MÃ QUAN – HÀ GIANG - THÁI NGUYÊN 21

2.1 Giới thiệu về chương trình tính toán, mô phỏng ATP/EMTP 21

2.1.1 Giới thiệu chung 21

2.1.2 Nguyên tắc hoạt động 22

2.1.3 Khả năng của phần mềm 22

2.1.4 Mô hình hợp nhất các Module mô phỏng trong ATP 23

2.1.5 Các thiết bị tiêu chuẩn trong ATPDraw 25

2.1.6 Một số ứng dụng quan trọng của ATP/EMTP 33

2.2 Thông số vật lý các phần tử hệ thống điện cần nghiên cứu 34

2.2.1 Thông số đường dây 34

2.2.2 Thông số thiết bị trạm 220kV Thái Nguyên 42

2.3 Quá điện áp phục hồi quá độ (TRV) 43

2.3.1 Khái niệm chung về TRV 43

2.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới TRV 43

2.3.3 Một số mô hình tính toán TRV 44

2.3.4 Mô hình hoạt động của máy cắt 220kV 47

2.4 Hệ thống bù công suất phản kháng có điều khiển (SVC) tại trạm 220kV Thái Nguyên 48

2.4.1 Đặc điểm, nguyên tắc điều áp xoay chiều (ĐAXC) 48

2.4.2 Mô hình tính toán của hệ thống SVC tại trạm 220kV Thái Nguyên 52

2.5 Mô hình tính toán, mô phỏng các phần tử khác của hệ thống điện cần nghiên cứu 62

2.5.1 Mô hình nguồn điện 62

2.5.2 Mô hình đường dây 63

2.5.3 Mô hình tụ bù dọc (TBD-202) 66

2.5.4 Mô hình máy biến áp 220kV (AT2) 66

2.5.5 Mô hình phụ tải 68

2.6 Kết quả tính toán, mô phỏng hoạt đông của hệ thống truyền tải điện 220kV

MQ – HG – TN 69

2.6.1 Kết quả tính toán, mô phỏng các chế độ làm việc bình thường của hệ thống truyền tải điện 69

2.6.2 Kết quả tính toán, mô phỏng quá trình cắt sự cố trên đường dây 220kV MQ – HG – TN 80

2.6.3 Kết quả tính toán, mô phỏng quá trình đóng lại sau sự cố 90

CHƯƠNG 3:PHÂN TÍCH KẾT QUẢ TÍNH TOÁN, MÔ PHỎNG - NHẬN XÉT, ĐỀ XUẤT 108

3.1 Phân tích, nhận xét trị số quá điện áp phục hồi quá độ 108

3.2 Phân tích ảnh hưởng của hệ thống SVC đến các chế độ làm việc của hệ thống điện 110

3.3 Phân tích quá điện áp nội bộ tại thanh cái 220kV Thái Nguyên trong quá trình đóng lại máy cắt 111

3.3.1 Quá điện áp nội bộ khi đóng máy cắt đường dây 220kV tại trạm biến áp Thái Nguyên 111

3.3.2 Quá điện áp nội bộ tại trạm biến áp 220kV Thái Nguyên trong quá trình đóng máy cắt đường dây 220kV tại trạm Mã Quan 114

KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ 117

TÀI LIỆU THAM KHẢO 118

PHỤ LỤC 120

L ỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là luận văn của riêng tôi Nội dung, số liệu được tập hợp từ nhiều nguồn khác nhau Thuyết minh, mô phỏng và kết quả tính toán được bản thân tôi thực hiện

Hà Nội, ngày 18 tháng 03 năm 2013

Duy Thanh Khóa: CH2010B

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô bộ môn Hệ Thống Điện trường Đại học Bách Khoa Hà Nội và cán bộ công nhân viên Trạm truyền tải điện cao thế 220kV Thái Nguyên đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi hoàn thành bản luận văn này

nhiều thời gian và tâm huyết hướng dẫn nghiên cứu và giúp tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp

Vì thời gian và kiến thức còn hạn chế bản luận văn này không thể tránh khỏi nhiều thiếu sót, tôi rất mong nhận được sự góp ý của các thầy cô, bạn bè và đồng nghiệp để bản luận văn này ngày càng hoàn thiện

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt:

Danh mục các bảng:

Danh mục các hình vẽ:

Hình 2.23: Mô hình và nhập số liệu cho tụ bù dọc TBD 202 66

Hình 3.1: Quá điện áp phục hồi quá độ TRV tại máy cắt đường dây 272

phía Thái Nguyên khi phụ tải phía thanh cái 110kV thay đổi

108

Hình 3.2: Điện áp trên thanh cái 110kV trong chế độ xác lập với các chế độ

tải khác nhau

110

Hình 3.3: Điện áp trên thanh cái 220kV Thái Nguyên khi đóng pha C tại

điện áp cực đại và bằng không với phụ tải phía 100kV là 115MW

111

Hình 3.4: Điện áp trên thanh cái 220kV Thái Nguyên khi đóng pha C tại

điện áp cực đại và bằng không với phụ tải phía 110kV là 200MW

111

Hình 3.5: Điện áp trên thanh cái 220kV Thái Nguyên khi đóng pha C tại

điện áp cực đại khi không tải

111

Hình 3.6: Điện áp trên trung bình thanh cái 110kV Thái Nguyên khi đóng

pha C tại điện áp cực đại, bằng không và máy cắt đường dây đóng đầu Hà

Giang sớm hơn đầu Thái Nguyên với phụ tải phía110kV là 115MW

112

Hình 3.7: Điện áp trung bình trên thanh cái 110kV Thái Nguyên khi đóng

pha C tại điện áp cực đại và bằng không với phụ tải phía 110kV là 200MW

113

Hình 3.8: Điện áp trên thanh cái 220kV Thái Nguyên khi đóng pha C ở Mã

Quan tại điện áp cực đại khi không tải

114

Hình 3.10: Điện áp trên thanh cái 220kV Thái Nguyên khi đóng pha C ở

Mã Quan tại điện áp cực đại khi không tải có lắp CSV

116

M Ở ĐẦU

Ngành điện Việt Nam hiện nay đang trong thời kỳ phát triển mạnh mẽ, nhu cầu phụ tải tăng cao, yêu cầu nguồn lớn, lưới truyền tải do đó phải phát triển tương xứng Sự phát triển của lưới truyền tải trong những năm gần đây là rất nhanh, số lượng các trạm và các đường dây tăng mạnh làm cho độ tin cậy cung cấp điện, khả năng cung cấp điện tăng lên Cùng với sự phát triển lưới điện, các thiết bị bù thông minh FACTS cũng được đưa vào hệ thống nhằm nâng cao chất lương điện năng của lưới Việc tính toán các khả năng xảy ra của hệ thống để bảo vệ cho lưới điện là vô cùng khó khăn

Đường dây 220kV đoạn Hà Giang – Thái Nguyên dài gần 300km và không

có phụ tải bám vào Trong quá trình vận hành đường dây, thường xảy ra sét đánh,

sự cố thoáng qua làm gián đoạn quá trình truyền tải điện Quá trình đóng cắt đường dây dài sinh ra hồ quang trong máy cắt có thể làm hư hỏng máy cắt hoặc hình thành

hồ quang duy trì dẫn đến gián đoạn cung cấp điện hoặc nguy hiểm hơn là phá hỏng các thiết bị phía nguồn cũng như phụ tải Do đó cần phải nghiên cứu và đề xuất các

pháp đang được sử dụng nhằm hạn chế tối đa tác hại của hồ quang đến quá trình truyền tải điện năng Luận văn này tổng kết những kết quả mô phỏng và đưa ra các biện pháp tăng khả năng đóng cắt đường dây 220kV đoạn Hà Giang – Thái Nguyên trên cơ sở thiết lập mô hình mô phỏng quá điện áp nội bộ trong phần mềm ATP/EMTP

Việc tính toán, phân tích, mô phỏng quá trình xác lập, quá độ, sự cố của hệ thống truyền tải Mã Quan – Hà Giang – Thái Nguyên là cơ sở để đưa ra khả năng cũng như các giải pháp đưa tự đóng lại (TĐL) cho đường dây truyền tải có khoảng cách lớn Vì vậy đề tài: “Nghiên cứu các giải pháp sử dụng tự động đóng lại cho

đường dây truyền tải 220kV Hà Giang – Thái Nguyên” có ý nghĩa cả về lý luận và

thực tiễn đối với ngành điện Việt Nam hiện nay

Nội dung của luận văn được trình bày trong 3 chương chính:

Chương 1: Cơ sở lý thuyết tự động đóng lại

Chương 2: Tính toán, mô phỏng quá trình cắt – đóng hệ thống truyền tải Mã Quan -

Hà Giang – Thái Nguyên

Chương 3: Phân tích kết quả tính toán, mô phỏng - Nhận xét, đề xuất

C HƯƠNG 1

CƠ SỞ LÝ THUYẾT TỰ ĐỘNG ĐÓNG LẠI

Tự động đóng trở lại nguồn điện là những thao tác tựu động đơn giản về nguyên lý, không đòi hỏi nhiều thiết bị phức tạp, đắt tiền nhưng mang lại những hiệu quả to lớn trong việc nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cũng như độ an toàn, linh hoạt trong vận hành hệ thống điện Trong chương này chúng ta xem xét một số

cơ sở để thực hiện tự đóng lại

Nội dung chương 1 được trích từ các tài liệu [1], [2]

Phân tích số liệu thống kê về sự cố của đường dây trên không cho thấy có đến 80-90% hư hỏng mang tính thoáng qua (như phóng điện bề mặt, sét đánh,…) giới hạn dưới (80%) thường gặp trong lưới 6-110kV còn giới hạn trên thường gặp đối với các đường dây trên không từ 220kV trở lên

Còn 20-10% các trường hợp hư hỏng còn lại là hư hỏng bán duy trì hoặc duy trì Hư hỏng bán duy trì có thể do vật lạ (cây cối, dây diều…) vắt qua đường dây gây ngắn mạch và được loại trừ sau khi tia lửa điện (hồ quang) đốt cháy hoàn toàn vật lạ Hư hỏng duy trì có thể do đứt dây dẫn rơi chạm đất, hỏng cách điện đường dây hoặc các thao tác sai như quên bỏ nối đất khi đóng điện sau sửa chữa

Như vậy, đối với đa số trường hợp hỏng hóc trên đường dây tải điện trên không nếu sau khi máy cắt cắt một khoảng thời gian đủ để môi trường chỗ hư hỏng khôi phục lại tính cách điện ta đóng trở lại đường dây thì đường dây có thể tiếp tục làm việc bình thường

Các thiết bị tự động đóng lại (TĐL) có thể được phân loại:

- Theo s ố lần đóng lại: Một lần hoặc hai lần Đối với loại ngắn mạch bán

duy trì có thể sau lần cắt đầu tiên của máy cắt nguyên nhân gây ngắn mạch chưa được loại trừ nên khi đóng lại nguồn điện lại phát sinh sự cố và hồ quang lần này có thể đốt cháy hoàn toàn vật lạ và nếu đóng trở lại lần thứ 2 sẽ thành công TĐL hai lần thường chỉ áp dụng chi lưới 110kV trở xuống Sau số lần tác động đã được quy định thiết bị TĐL sẽ bị khóa lại

Trong sơ đồ TĐL ba pha khi hư hỏng một hay nhiều pha, thiết bị bảo vệ sẽ cắt cả 3 pha và TĐL cả ba pha Trong sơ đồ TĐL một pha khi hư hỏng máy cắt của từng pha

sẽ tác động và TĐL lại pha bị cắt Trong thời gian sự cố một pha, hai pha không bị

sự cố vẫn làm việc bình thường Nếu ngắn mạch một pha là duy trì, thì sau khi TĐL không thành công bảo vệ tác động cắt cả ba pha và khóa thiết bị TĐL lại

dây có hai nguồn cung cấp, nếu thời gian đóng trở lại kéo dài cần phải kiểm tra đồng bộ của hai nguồn điện ở hai đầu máy cắt Đối với đường dây được cung cấp từ một phía có thể sử dụng TĐL không kiểm tra đồng bộ

Tùy theo cách kiểm tra đồng bộ người ta lại phân ra:

bộ

người ta còn có thể phân loại TĐL theo:

áp, động cơ…

• Theo cách tác động lên bộ truyền động của máy cắt điện: Truyền động

cơ khí, truyền động điện, truyền động thủy lực

• Theo tần số: TĐL thực hiện cắt phụ tải khi tần số xuống thấp và đóng lại khi tần số khôi phục lại trị số bình thường

Thiết bị TĐL bao gồm nhiều chủng loại, tuy nhiên tất cả chúng đều phải thỏa mãn những yêu cầu chung sau đây:

- TĐL phải được khởi động sau khi máy cắt đã tự động cắt ra, ngoại trừ

trường hợp khi đóng máy cắt vào sự cố ngắn mạch và thiết bị bảo vệ đã tác động

tại chỗ hoặc từ xa.

một số trường hợp như khi bảo vệ so lệch hoặc bảo vệ bằng rơle khí đặt ở MBA tác động chứng tỏ sự cố bên trong thùng dầu MBA, nếu TĐL có thể làm hư hỏng nặng

thêm

- Thi ết bị TĐL phả đảm bảo đúng số lần tác động: tức số chu kỳ đóng lặp

lại liên tiếp cần phải được thực hiện Cần lưu ý rằng thông thường chỉ lên thực hiện TĐL 1 lần , TĐL 2 lần thường được sử dụng ở các đường dây cụt hoặc ở lưới phân phối để tăng độ tin cậy cung cấp điện của các đường dây đơn có 1 nguồn cung cấp Xác suất thành công của TĐL lần 2 thường không cao (Bảng 1.1) trong khi đó máy cắt phải làm việc nặng nền hơn và nếu TĐL không thành công có thể làm xấu đi

điều kiện ổn định của các đường dây truyền tải

Bảng 1.1: Xác suất thành công của TĐL đường dây trên không

đóng được thực hiện một cách chắc chắn (kể cả những máy cắt tác động chậm)

thời gian nhất định, thời gian tự động trở về của thiết bị TĐL là khoảng thời gian từ lúc TĐL được khởi động cho đến lúc nó trở lại trạng thái ban đầu

lại máy cắt nhiều lần vào ngắn mạch duy trì để ngăn ngừa khả năng làm hỏng máy cắt, làm mất ổn định của hệ thống hoặc gây cháy, nổ

- Tác động của thiết bị TĐL cần được phối hợp với tác động của thiết bị

rơle và các thiết bị tự động khác của hệ thống điện như kiểm tra đồng bộ, thiết bị tự động sa thải phụ tải theo tần số…

được mang điện đến lúc hồ quang được dập tắt

- Thời gian làm việc của bảo vệ: Thời gian tính từ lúc bảo vệ nhận tín

hiệu sự cố đến lúc phát tín hiệu cắt máy cắt

- Thời gian tồn tại của hồ quang điện trong máy cắt: Là thời gian từ khi

các đầu tiếp xúc chính của máy cắt điện tách nhau ra (phát sinh hồ quang) đến khi

hồ quang điện bị dập tắt

- Độ dài xung đóng của TĐL: Là khoảng thời gian tiếp điểm đầu ra của

- Thời gian đóng của máy cắt điện: Thời gian từ lúc đóng mạch của máy

cắt được mang điện đến khi tiếp điểm chính của máy cắt được thông mạch

khôi phục lại tính cách điện đảm bảo cho khi đóng điện trở lại không phát sinh hồ quang lần nữa…

Thời gian này phụ thuộc vào cấp điện áp, khoảng cách giữa các phần mang điện, dòng điện sự cố thời gian tồn tại sự cố, điện dung của các phần tử lân cận với phần tử được TĐL và điều khiện môi trường Trong đó cấp điện áp đóng vai trò quyết định, nói chung cấp điện áp càng cang thời gian khử ion càng kéo dài

Bảng 1.2: Thời gian khử ion tối thiểu theo cấp điện áp

Cấp điện áp (kV) Thời gian khử ion tối thiểu (giây)

- Thời gian sẵn sàng của TĐL: Thời gian từ lúc tiếp điểm của rơle TĐL

khép lại gửi tín hiệu đóng máy cắt đến khi nó sẵn sàng làm việc cho chu trình TĐL tiếp theo

cho đến lúc mạch đóng của máy cắt được cấp điện

- Thời gian chết (Dead time): Thời gian từ lúc hồ quang bị dập tắt đến

lúc tiếp điểm chính của máy cắt tiếp xúc trở lại

cố đến khi máy cắt đóng trở lại thành công

1.4 Ưu nhược điểm của TĐL một pha và TĐL ba pha

Trong các lưới điện cao áp và siêu cao áp có trung tính trực tiếp nối đất người ta thường sử dụng thiết bị tự động đóng trở lại một pha (TĐL1P) bởi vì trong các lưới điện này tỷ lệ ngắn mạch một pha lớn hơn nhiều so với các dạng ngắn mạch khác (trung bình khoảng 70-90% các trường hợp ngắn mạch) Để loại trừ các

sự cố một pha thoáng qua chỉ cần cắt pha bị ngắn mạch sau đó đóng nó trở lại Hai pha còn lại không bị hư hỏng vẫn tiếp tục làm việc

Ưu điểm của TĐL1P so với TĐL ba pha:

- Đối với các đường dây nối giữa hai hệ thống khi cắt 1 pha sự cố trong chu trình TĐL1P hai pha còn lại vẫn giữ được mỗi liên hệ giữa hai hệ thống, không làm mất ổn định của mạch truyền tải, đặc biệt đối với những đường dây đơn có chiều dài lớn Ngoài ra, trong chu trình TĐL1P chế độ đồng bộ vẫn được duy trì nên khi đóng

- Đối với các đường dây có 1 nguồn cũng cấp TĐL1P đảm bảo việc cung cấp điện cho các phụ tải quan trọng trong quá trình xử lý sự cố Nếu chế độ làm việc không toàn pha của đường dây có thể chấp nhận được thì khi ngắn mạch một pha duy trì trên đường dây có thể chuyển sang chế độ “hai pha – đất” Khi sử dụng TĐL1P số lần thao tác của máy cắt nói chung sẽ giảm đáng kể

Nhược điểm của TĐL1P so với TĐL ba pha:

phận lựa chọn pha sự cố và điều khiển máy cắt riêng từng pha

- Muốn chuyển đường dây sang làm việc ở chế độ “hai pha – đất” cần phải giải quyết hàng loạt vấn đề phức tạp liên quan đến chế độ không đối xứng làm cho thiết bị bảo vệ và tự động phức tạp thêm

Thiết bị TĐL1P thường được sử dụng cho các đường dây siêu cao áp mạch đơn khi mất điện có thể làm mất liên lạc giữa các hệ thống hoặc mất điện cho phần lớn hộ tiêu thụ

Ngoài chức năng phát hiện, cắt và đóng trở lại pha sự cố sau khi có ngắn mạch một pha, thiết bị TĐL1P cong phải thực hiện các nhiệm vụ sau:

- Trong trường hợp TĐL1P không thành công thì hoặc là phải tác động cắt cả

3 pha và cấm đóng trở lại hoặc là chuyển sang chế độ “hai pha – đất” nếu cho phép

- Tác động cắt ba pha và cấm đóng trở lại khi có ngắn mạch nhiều pha trong chế độ vận hành không toàn pha hoặc khi bộ phận lựa chọn pha sự cố bị trục trặc

khỏi sơ đồ bảo vệ trong quá trình TĐL1P Các bảo vệ này có thể phản ứng khi xuất hiện các thành phần đối xứng của dòng và áp

- Thời gian khử ion của TĐL1P có thể kéo dài hơn của TĐL ba pha do ảnh hưởng của điện dung và hỗ cảm giữa pha bị cắt điện với các pha còn đang mang điện Đặc biệt đối với các đường dây cao áp và siêu cao áp có đặt các thiết bị bù dọc

và bù ngang thì thời gian khử ion còn dài hơn do năng lượng tích trên các thiết bị này trước khi bị cắt điện

tải điện Mã Quan – Hà Giang – Thái Nguyên

Đường dây mua điện Trung Quốc từ Mã Quan về Thái Nguyên qua Hà Giang là đường dây cao áp điện áp định mức 220kV, kéo dài gần 300km và truyền tải lượng công suất tối đa là 200MW

Đường dây này là đường dây 1 nguồn nên sử dụng phương án TĐL1P sẽ ưu điểm hơn so với sử dụng TĐL ba pha

Đường dây khá dài nên điện dung và hỗ cảm giữa các pha là tương đối lớn Đường dây này có cả tụ bù dọc (TBD-202) và bù ngang (SVC) nên thời gian ion hóa là rất lớn gây khó khăn cho việc tự đóng lại

Trong thời gian đầu đưa vào vận hành, suất cắt của đường dây khoảng 30 lần/năm làm giảm chất lượng điện năng của hệ thống truyền tải MQ – HG –TN Các nghiên cứu mô phỏng trong bài luận văn này sẽ đưa ra khả năng đưa TĐL1P vào ứng dụng trên đường dây Hà Giang – Thái Nguyên nhằm nâng cao tính ổn định cũng như chất lượng điện năng của hệ thống truyền tải MQ – HG – TN

CHƯƠNG 2

Chương 2 sẽ giới thiệu tồng quan về chương trình tính toán, mô phỏng ATP/EMTP, các thông số vật lý của các phần tử hệ thống điện MQ – HG - TN từ đó đưa ra các mô hình hóa tương ứng cho các phần tử Trong đó mô phỏng hai phần tử

là máy cắt và SVC khá phức tạp

Sau khi đưa ra các mô hình mô phỏng của hệ thống truyền tải điện MQ – HG – TN, chúng ta đi xét các trường hợp cắt - đóng của hệ thống truyền tải từ đó đưa ra các kết quả tính toán để đánh giá khả năng tự đóng lại của hệ thống truyền tải này

2.1 Giới thiệu về chương trình tính toán, mô phỏng ATP/EMTP

2.1.1 Giới thiệu chung

Chương trình quá độ điện từ (EMTP – Electromagnetic Transients Programme) là một phần mềm máy tính dùng cho việc mô phỏng các quá trình quá

độ điện từ, điện cơ và hệ thống điều khiển trong hệ thống điện nhiều pha

trong các lĩnh vực tính toán thiết kế cũng như vận hành cho các loại thiết bị trong hệ thống điện EMTP là một trong những công cụ phân tích hệ thống rất linh hoạt và hiệu quả

Với sự đóng góp của hàng loạt các công ty điện lực và các trường đại học Bắc Mỹ, EMTP đã được phát triển và ứng dụng rộng rãi từ đầu những năm 1970 EMTP được chính thức thương mại hóa từ năm 1984 Đến năm 1986, phiên bản độc lập của EMTP là ATP (Alternative Transients Programme) đã được hình thành ATP/EMTP là phần mềm mã nguồn mở và được cung cấp hoàn toàn miễn phí

2.1.2 Nguyên tắc hoạt động

- Điều kiện ban đầu khác không, được xác định một cách tự động bằng

điều kiện ban đầu để làm cho các thành phần đơn giản hơn

- TACS (Transient Analysis of Control Systems) và MODELS (a

phần bằng đặc tính phi tuyến

- Tính toán đáp ứng của tần số đối với hệ thống bằng cách sử dụng đặc tính quét tần số FREQUENCY SCAN

- Phân tích harmonics (hài) trong miền tần số bằng cách sử dụng HARMONIC FREQUENCY SCAN (harmonic current injection method)

Bảng 2.1: Khả năng mô phỏng của ATP

2.1.4 Mô hình hợp nhất các Module mô phỏng trong ATP

- ATP có 6 module chính:

+ Module ATP control center: Khối trung tâm, điều khiển các khối còn lại

+ Module ATPDraw: Chương trình chạy trên nền Windows với giao diện

đồ họa trực quan, dễ sử dụng, dùng để tạo các mạch mô phỏng quá độ Trong đó có nhiều phần tử trong hệ thống điện và người sử dụng có thể tạo các mô phỏng mới nhờ ngôn ngữ MODELS của chương trình

+ Module PCPlot: là module để in kết quả và vẽ đồ thị ở chế độ quá độ của các thông số (điện áp nút, điện áp nhánh, dòng điện nhánh, momen, tốc độ…)

thông số (điện áp nút, dòng điện nhánh, dòng công suất nhánh, tổn thất công suất trên nhánh, tổng công suất phát và tổng tổn thất công suất…)

+ Module GTPPlot: là module xem tín hiệu xuất ra từ ATPDraw

+ Module Programme’s File Editor (PFE): là module quản lý các file dữ liệu đầu vào và xem/in danh sách đầu ra

trình hỗ trợ khác Trong 6 module chính trên thì module ATPDraw đóng vai trò nền tảng cho các module khác

Hình 2.2: Mối tương quan giữa ATPDraw và các module khác

2.1.5 Các thiết bị tiêu chuẩn trong ATPDraw

Hình 2.3: Cửa sổ giao diện của ATPDraw

ATPDraw là chương trình đồ họa, đồng thời là phiên bản ATP của EMTP trên nền windows Trong ATPDraw người dùng có thể xây dựng các mạch điện và lựa chọn các thành phần có trong thư viện ATPDraw cung cấp các phần tử mẫu, các phần tử mẫu này có thể làm việc đồng thời trên nhiều mạch và sao chép thông tin giữa các mạch Hầu hết các thiết bị tiêu chuẩn trong ATPDraw (cả 1 pha và 3 pha) đều được cung cấp trong TACS, đồng thời người dùng có thể tạo ra thiết bị mới trong MODELS Các thiết bị tiêu chuẩn đều có đầy đủ chức năng điều chỉnh hình họa, dữ liệu và có thể kiểm tra, thực hiện trong miền tần số

Trong chương trình ATP/EMTP có hai loại nguồn được mô phỏng là nguồn điện tĩnh và nguồn điện động Nguồn điện tĩnh là dạng nguồn điện cho trước giá trị biên độ (điện áp hoặc dòng điện), góc pha, thời điểm bắt đầu và thời điểm kết thúc Nguồn điện đông là các dạng máy điện quay (đồng bộ hay không đồng bộ)

Chương trình ATP/EMTP có thể mô phỏng các dạng nguồn sau đây:

+ Nguồn theo yêu cầu người đặt bài toán nhờ ứng dụng module điều khiển TACS (Transient Analysis of Control Systems)

+ Nguồn một chiều

+ Nguồn hình thang

+ Nguồn dạng răng cưa (Ramp function)

+ Nguồn hình sin (Sinussoidal function) f(t) = A.cos(2πft+φ)

+ Nguồn điều biến

Bảng 2.2: Các loại nguồn trong ATP

Khi cần nghiên cứu chi tiết mô hình đường dây, có thể sử dụng các module

“cable constants” hoặc “line constants” để xây dựng ma trận tổng trở (đường kính dây dẫn, khoảng cách giữa các pha, chiều cao treo dây…) đều được thể hiện trong các module này

Bảng 2.3: Các phần tử phi tuyến

Bảng 2.4: Các dạng đường dây có thông số tập trung

Bảng 2.5: Các loại đường dây có thông số dải (đường dây hoán vị)

Bảng 2.6: Các loại đường dây có thông số dải (đường dây không hoán vị)

Bảng 2.7: Các phần tử “cable constants” hoặc “line constants”

2.1.5.3 Máy biến áp (Transformers)

Bảng 2.8: Các loại máy biến áp

2.1.5.4 Công tắc (Switch)

ATP có thể mô tả các loại công tắc sau đây:

không khi đóng mạch và dòng điện qua nó bằng không khi ngắt mạch

công tắc với các loại tín hiệu điều khiển khác nhau (Diode, thyristor, triac…)

sét

Bảng 2.9: Các loại công tắc

2.1.5.5 Máy điện (Machines)

ATP cho phép mô phỏng chi tiết các loại máy điện như: máy phát điện 3 pha, động cơ đồng bộ, không đồng bộ một pha, hai pha hoặc 3 pha, động cơ một chiều với các dạng kích thích khác nhau; có thể mô phỏng chi tiết các tầng turbine của máy phát cùng các thiết bị điều khiển như bộ tự động điều chỉnh kích từ, điều chỉnh tốc độ…

Bảng 2.10: Các loại máy điện

2.1.6 Một số ứng dụng quan trọng của ATP/EMTP

Các bài toán sau đây thường được giải quyết nhờ chương trình ATP/EMTP:

- Cộng hưởng sắt từ

2.2 Thông số vật lý các phần tử hệ thống điện cần nghiên cứu

2.2.1 Thông số đường dây

Đường dây mua điện Trung Quốc từ Mã Quan về Thái Nguyên gồm:

kế 2 mạch, hiện treo dây 01 mạch)

233 cột, 02 mạch) gồm: đường dây Hà Giang - Thái Nguyên 1 và đường dây Hà Giang - Thái Nguyên 2

Quang) (86.2km, 184 cột, 2 mạch) gồm: đường dây Hà Giang - Thái Nguyên 1 và

Tđ Tuyên Quang - Sóc Sơn

205 cột, 02 mạch) gồm: đường dây Hà Giang - Thái Nguyên 1 và Tđ Tuyên Quang

- Sóc Sơn

Nguyên (134km, 292 cột, 2 mạch) gồm: đường Hà Giang - Thái Nguyên 2 và

Hình 2.4: Sơ đồ đường dây truyền tải Mã Quan – Hà Giang - Thái Nguyên

2.2.1.1 Cung đoạn đường dây 220kV Mã Quan - Hà Giang

Dây dẫn: Đoạn 01÷67 dài 27,3km dùng dây dẫn ACSR 330/39, không phân

Đường kính lõi (mm)

Cấu tạo dây (Số sợi x đường kính sợi)

Điện trở một chiều ở

( Ω/km)

Khoảng cách dây phân pha (mm)

Phần nhôm

Phần thép

2.2.1.2 Cung đoạn đường dây 220kV Hà Giang – Tđ.Tuyên Quang gồm

Hà Giang - Thái Nguyên 1 và Hà Giang - Thái Nguyên 2

Đường kính lõi (mm)

Cấu tạo dây (Số sợi x đường kính sợi)

Điện trở một chiều ở

( Ω/km)

Khoảng cách dây phân pha (mm)

Phần nhôm

Phần thép

- Đoạn 92÷223 dài 56,1km dùng dây dẫn ACSR 330/43: Phân pha 02 dây/01 pha

treo trên

1 pha

Đường kính dây (mm)

Đường kính lõi (mm)

Cấu tạo dây (Số sợi x đường kính sợi)

Điện trở một chiều ở

( Ω/km)

Khoảng cách dây phân pha (mm)

Phần nhôm

Phần thép 2xACSR330

b Dây chống sét: Loại TK 70

- Bố trí DCS: Bên trái theo hướng tuyến

- Đường kính dây: 11mm

c Dây cáp quang: Loại OPGW- 70

- Bố trí dây cáp quang: Bên phải theo hướng tuyến

- Đường kính dây: 12,3mm

Tuyên Quang) gồm: đường dây Hà Giang - Thái Nguyên 1 và Tđ Tuyên Quang - Sóc Sơn

a Dây d ẫn:

pha 02 dây/ 01pha

treo trên

1 pha

Đường kính dây (mm)

Đường kính lõi (mm)

Cấu tạo dây (Số sợi x đường kính sợi)

Điện trở một chiều ở

( Ω/km)

Khoảng cách dây phân pha (mm)

Phần nhôm

Phần thép 2xACSR330