Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật điện: Khảo sát hiện tượng cộng hưởng sắt từ trên lưới điện trung áp công ty điện lực Tây Ninh

Trang 1

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

- -

NGUYỄN THÀNH TRUNG

KHẢO SÁT HIỆN TƯỢNG CỘNG HƯỞNG SẮT TỪ TRÊN LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP

CÔNG TY ĐIỆN LỰC TÂY NINH

Chuyên ngành : Kỹ thuật điện

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2020

Trang 2

Học viên: Nguyễn Thành Trung Trang 1

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Trang 3

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG TP.HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS Phạm Đình Anh Khôi

4 PGS.TS Vũ Phan Tú 5 TS Đinh Hoàng Bách

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Trưởng khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

PGS.TS Hồ Văn Nhật Chương

TRƯỞNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

Trang 4

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ và tên học viên: NGUYỄN THÀNH TRUNG MSHV: 1870258

Ngày tháng năm sinh: 29/12/1979 Nơi sinh: tỉnh Tây Ninh Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 8520201

I Tên đề tài: Khảo sát hiện tượng cộng hưởng sắt từ trên lưới điện trung áp

Công ty Điện lực Tây Ninh (Analysis of ferroresonance in the MV distribution

network of Tay Ninh Power Company) II Nhiệm vụ và nội dung:

Chương 1: Giới thiệu tổng quan đề tài Chương 2: Giới thiệu phần mềm EMTP

Chương 3: Tổng quan về hiện tượng cộng hưởng sắt và mô hình các phần tử trong hệ thống điện

Chương 4: Khảo sát hiện tượng cộng hưởng sắt từ cho một xuất tuyến tiêu biểu trên lưới điện trung áp Công ty Điện lực Tây Ninh

Chương 5: Kết luận và hướng phát triển

III Ngày giao nhiệm vụ: ngày 19 tháng 08 năm 2019

IV Ngày hoàn thành nhiệm vụ: ngày 08 tháng 12 năm 2019 V Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS Phạm Đình Anh Khôi

Trang 5

LỜI CẢM ƠN

Trước hết, tôi xin chân thành cám ơn Thầy PGS.TS Phạm Đình Anh Khôi, Thầy đã tận tình giúp đỡ và hướng dẫn tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn này Những truyền đạt kiến thức quý báo của Thầy đã giúp tôi trong học tập, nghiên cứu và khắc phục được nhiều thiếu sót trong quá trình thực hiện luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn đến tất cả các Thầy, Cô khoa Điện – Điện tử Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Quốc Gia Thành phố Hồ Chí Minh đã giảng dạy và trang bị cho tôi những kiến thức rất bổ ích và quý báo trong suốt quá trình học tập tại trường

Tôi xin chân thành cám ơn gia đình và những người thân yêu đã tạo mọi đều kiện thuận lợi để tôi yên tâm học tập tốt trong thời gian vừa qua

Cảm ơn tất cả các đồng nghiệp và các bạn bè đã cùng chia sẻ, trao đổi kiến thức kinh nghiệm trong suốt quá trình học tập cũng như trong suốt quá trình thực hiện luận văn này

Tôi xin chân thành cám ơn

TP.HCM, ngày 06 tháng 12 năm 2019

Học viên thực hiện

Nguyễn Thành Trung

Trang 6

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ

Hiện nay, để đảm bảo cung cấp điện an toàn, mỹ quan cho các khu đô thị, khu kinh tế, khu chế xuất, khu công nghiệp, Công ty Điện lực Tây Ninh đã sử dụng sơ đồ cáp ngầm nối với máy biến áp 22/0,4kV Thiết bị đóng cắt điện thường là các cầu chì tự rơi, được thao tác bằng tay do đó dẫn đến việc đóng cắt điện không đồng thời các pha Trong quá trình đóng cắt điện sẽ tạo thành mạch vòng điện dung - điện cảm có thể xảy ra hiện tượng cộng hưởng sắt từ

Do đó, việc nghiên cứu hiện tượng cộng hưởng sắt từ ở lưới điện phân phối sẽ rất quan trọng, rất cần thiết và có tính thời sự Nghiên cứu trong luận văn này cho thấy, khi vận hành với sơ đồ cáp ngầm - máy biến áp có thể xảy ra hiện tượng cộng hưởng sắt từ với biên độ quá điện áp rất lớn sẽ làm phá hủy cách điện của cáp ngầm, máy biến áp, các thiết bị khác và trong luận văn tôi cũng đã mô phỏng nhiều trường hợp thực tế bằng phần mềm EMTP nhằm tìm ra biện pháp bảo vệ hoặc tránh không để xảy ra hiện tượng cộng hưởng sắt từ

Qua luận văn này, tôi cũng đã hiểu rõ bản chất hiện tượng cộng hưởng sắt từ, điều kiện xuất hiện của nó và điều này là hết sức cần thiết cho tôi khi thiết kế, thi công và vận hành lưới điện trung áp Tôi cũng thấy được quá điện áp do hiện tượng cộng hưởng sắt từ gây ra là rất phức tạp, không quy luật và rất nguy hiểm cho các thiết bị điện do nó có biên độ quá điện áp rất cao, đặc biệt khi máy biến áp không tải hoặc non tải, khi không có thiết bị bảo vệ chống quá điện áp (MOV) hoặc khi thiết bị MOV này bị hư hỏng trước vì một lý do nào đó

Luận văn này được chia thành 5 chương: - Chương 1: Giới thiệu tổng quan đề tài - Chương 2: Giới thiệu phần mềm EMTP

- Chương 3: Tổng quan về hiện tượng cộng hưởng sắt và mô hình các phần tử trong hệ thống điện

- Chương 4: Khảo sát hiện tượng cộng hưởng sắt từ cho một xuất tuyến tiêu biểu trên lưới điện trung áp Công ty Điện lực Tây Ninh

- Chương 5: Kết luận và hướng phát triển

Trang 7

ABSTRACT OF MASTER THESIS

Currently, Tay Ninh Power Company has used underground cable diagrams to connect from transformers 22/0,4kV to power source to adequately, safely and beautifully supply power for urban areas, economic zones, export processing zones and industrial parks Electric switchgear is usually a Fuse Cut- Out (FCO), FCO often manually operate and this causes non - simultaneous switching of three phase During the switching process, it will create a capacitive – inductance loop which can occur the electromagnetic resonance phenomenon

Therefore, researching of the electromagnetic resonance phenomenon in the distribution grid is very important, necessary and topical Research in this thesis shows when operating with underground cable – transformers diagram, it can occur the electromagnetic resonance phenomenon with very large voltage amplitude which will destroy the insulation of underground cables, transformers, other devices and in this thesis, I have simulated many real cases with EMTP software to find measures to protect or prevent the electromagnetic resonance phenomenon

After research this thesis, I have also understood both the nature of the electromagnetic resonance phenomenon and conditions to occur the electromagnetic resonance phenomenon, it is very necessary for me to design, construct and operate the medium voltage grid I have also found that the overvoltage is caused by the electromagnetic resonance phenomenon is very complicated, irregular and very dangerous for electrical equipment because it has very high overvoltage amplitude, especially when the transformer is No-load or under-load or there is no over-voltage protective device (MOV) or when the MOV device was damaged because of some reason

This thesis is divided into 5 chapters: - Chapter 1: Overview of the topic

- Chapter 2: Introduction to EMTP software

- Chapter 3: Overview of the electromagnetic resonance phenomenon and the model of the elements in the electrical system

- Chapter 4: Analysis the electromagnetic resonance phenomenon for a typical line on the medium voltage electrical grid of Tay Ninh Power Company

- Chapter 5: Conclusion and development direction

Trang 8

LỜI CAM ĐOAN

Tôi tên Nguyễn Thành Trung, xin cam đoan luận văn thạc sĩ đề tài “Khảo sát hiện tượng cộng hưởng sắt từ trên lưới điện trung áp Công ty Điện lực Tây Ninh” là công trình nghiên cứu của chính bản thân tôi, dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Phạm Đình Anh Khôi

Các số liệu, kết quả mô phỏng trong luận văn này là trung thực Tôi cam đoan không sao chép bất kỳ công trình khoa học nào của người khác, mọi sự tham khảo đều có trích dẫn rõ ràng

TP.HCM, ngày 06 tháng 12 năm 2019

Người cam đoan

Nguyễn Thành Trung

Trang 9

MỤC LỤC CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 16

I Lý do chọn đề tài 16

II Nội dung của đề tài 17

III Tình hình nghiên cứu trong nước và ngoài nước 17

1 Tình hình nghiên cứu trong nước 17

1.1 Luận văn tiến sĩ của tác giả Lâm Du Sơn năm 1998 [1] 17

1.2 Luận văn cao học của tác giả Võ Minh Hoàng năm 2019 [4] 19

2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước 19

2.1 Bài báo nước ngoài của tác giả Santoso và các cộng sự C.Dugan, E.Grebe [2] 20

2.2 Bài báo nước ngoài của tác giả Buigues và các cộng sự Zamora, Valverde, Mazón, San Martín [3] 21

2.3 Các bài báo nước ngoài [5], [6], [7], [8], [9], [10] 22

IV Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn 23

1 Tính khoa học 23

2 Tính thực tiễn 23

V Bố cục của luận văn 24

VI Lựa chọn phương pháp nghiên cứu 24

CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU PHẦN MỀM EMTP 26

I Sơ lược về lịch sử phát triển của phần mềm EMTP 26

II Các ứng dụng và lợi ích của phần mềm EMTP 27

1 Khả năng ứng dụng EMTP 27

2 Các chế độ mô phỏng 28

2.1 Mô phỏng trạng thái xác lập 28

2.2 Mô phỏng trạng thái quá độ 28

3 Cấu trúc file mô phỏng EMTP 30

4 Thư viện các công cụ 31

5 Mô hình cơ bản của các phần tử hệ thống điện trong phần mềm EMTP 32

5.1 Hệ thống đường dây và cáp ngầm 32

5.2 Máy biến áp 37

5.2.1 Máy biến áp 2 cuộn dây 37

5.2.2 Máy biến áp nối tam giác - sao 38

Trang 10

3 Giải thích hiện tượng cộng hưởng sắt từ 43

4 Các điều kiện xảy ra cộng hưởng sắt từ 46

5 Các hiện tượng gây ra bởi cộng hưởng sắt từ 46

II Mô hình các phần tử trong hệ thống điện 47

1 Nguồn điện 47

2 Đường dây trên không và cáp ngầm 48

3 Mô hình máy biến áp có tính đến bão hòa và từ trễ 49

3.1 Phương pháp xác định đặc tính từ hóa của máy biến áp 51

3.1.1 Mô hình máy biến áp 51

3.1.2 Thuật toán để nhận dạng các thông số của mô hình 51

3.1.3 Nhận xét 53

3.2 Mô hình tổng quát của máy biến áp đưa vào tính toán quá trình quá độ 54

3.2.1 Các mạch từ 54

3.2.2 Phương pháp nhận dạng các thông số mạch 55

3.2.3 Phương trình của máy biến áp 56

3.3 Xác định các thông số của mạch từ thí nghiệm không tải và ngắn mạch 573.3.1 Thí nghiệm không tải 57

3.3.2 Thí nghiệm ngắn mạch 58

4 Thiết bị bảo vệ chống quá điện áp 60

CHƯƠNG 4: KHẢO SÁT HIỆN TƯỢNG CỘNG HƯỞNG SẮT TỪ CHO MỘT XUẤT TUYẾN TIÊU BIỂU TRÊN LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP TÂY NINH 63

4 Thiết bị bảo vệ chống quá điện áp 66

5 Dựa theo mô hình đã được kiểm chứng bằng thực nghiệm trước đây của tiến sĩ Lâm Du Sơn 66

III Kiểm chứng mô hình cộng hưởng sắt từ trong lưới điện phân phối 67

1 Khi máy biến áp không tải 68

2 Khi máy biến áp mang 0,5% tải 71

3 Khảo sát các trường hợp MBA mang tải còn lại 73

IV Các kịch bản khảo sát hiện tượng cộng hưởng sắt từ cho một xuất tuyến tiêu biểu trên lưới điện trung áp Tây Ninh 74

1 Trường hợp đóng điện đồng thời các pha 76

1.1 Đóng điện bằng REC tại trạm 2.000kVA trụ 13/6 của Công ty CP Thức ăn RICO 76

1.2 Đóng điện toàn tuyến 479TC bằng MC479 77

1.3 Nhận xét chung cho trường hợp đóng cắt điện đồng thời 78

2 Trường hợp đóng điện không đồng thời các pha 78

Trang 11

3 Giải pháp lắp đặt thiết bị bảo vệ chống quá điện áp 81

3.1 Thiết bị bảo vệ chống quá điện áp MOV lắp đặt trước LBFCO 82

3.2 Thiết bị bảo vệ chống quá điện áp MOV lắp đặt sau LBFCO 83

4 Giải pháp lắp đặt bổ sung thêm 01 bộ LBFCO-2 85

5 Xét ảnh hưởng của sự cố đứt dây cáp bọc trung áp 88

6 Xét ảnh hưởng của chiều dài đường dây trên không 90

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 94

I Kết luận 94

II Hướng phát triển của đề tài 96

TÀI LIỆU THAM KHẢO 97

PHẦN LÝ LỊCH TRÍCH NGANG 99

Trang 12

DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Mạch dùng để tính toán mô phỏng cộng hưởng sắt từ 18

Hình 1.2: Sơ đồ mạch điện dùng trong thực nghiệm 18

Hình 1.3: Mô hình mô phỏng bằng phần mềm EMTP 20

Hình 1.4: Sơ đồ vận hành hệ cáp ngầm - MBA 22

Hình 2.1: Mối quan hệ giữa những tập tin và các chương trình hỗ trợ 30

Hình 2.2: Giao diện nhập thông số cho đường dây CP 33

Hình 2.3: Chức năng nhập dữ liệu trực tiếp từ dữ liệu xuất ra của Line Data hoặc Cable Data 33

Hình 2.4: Module Line Data và Cable Data 33

Hình 2.5: Giao diện nhập số liệu trong Line Data 34

Hình 2.6: Thông số yêu cầu cho cáp loại đơn lõi 35

Hình 2.7: Thông số yêu cầu cho loại cáp dạng ống 36

Hình 2.8: Dữ liệu cấu trúc bên trong cáp 36

Hình 2.9: Sơ đồ máy biến áp 2 cuộn dây có đặc tính từ hóa bão hòa 37

Hình 2.10: Nhập các thông số vào module MBA 3 pha 37

Hình 2.11: Sơ đồ máy biến áp nối tam giác - sao 38

Hình 2.12: Nhập các thông số vào module MBA 3 pha – 3 cuộn dây 39

Hình 2.13: Nguồn của hệ thống 39

Hình 2.14: Nhập các thông số vào module máy phát 40

Hình 2.15: Nhập các thông số điện áp ngõ ra máy phát 41

Hình 2.16: Module PQ Load 41

Hình 2.17: Thông số phụ tải 41

Hình 3.1: Mạch cộng hưởng nối tiếp đơn giản 43

Hình 3.2: Quan hệ điện áp và dòng điện trong mạch cộng hưởng sắt từ 44

Hình 3.3: Ảnh hưởng của việc tăng tụ điện C trong mạch cộng hưởng sắt từ 45Hình 3.4: Sơ đồ hình π cho đường dây trên không và cáp ngầm 48

Hình 3.5: Hình thức đầu trụ bố trí đường dây nổi 49

Hình 3.6: Sơ đồ tương đương máy biến áp 51

Hình 3.7: Máy biến áp ba pha ba trụ 54

Hình 3.8: Mô hình máy biến áp ba pha ba trụ 54

Hình 3.9: Mô hình mạch từ của máy biến áp ba pha ba trụ 55

Hình 3.10: Mạch tương đương thí nghiệm không tải 57

Trang 13

Hình 3.11: Mạch tương đương thí nghiệm ngắn mạch 58

Hình 3.12: Mô hình mạch tương đương của MOV 61

Hình 3.13: Đặc tính V - I của MOV 61

Hình 4.1: Sơ đồ tính toán cộng hưởng sắt từ trong lưới điện phân phối 64

Hình 4.2: Mạch dùng để tính toán mô phỏng cộng hưởng sắt từ 66

Hình 4.3: Sơ đồ mạch điện dùng trong thực nghiệm 67

Hình 4.4: Mạch điện dùng để chạy mô phỏng 68

Hình 4.5: Mạch dùng để chạy mô phỏng bằng phần mềm EMTP 68

Hình 4.6: Kết quả đóng điện không đồng thời MBA 630kVA không tải 68

Hình 4.7: Phóng to điện áp pha A tại thời điểm 0ms đến 350ms 69

Hình 4.8: Phóng to điện áp pha C tại thời điểm 0s đến 1,6s 69

Hình 4.9: Phóng to điện áp pha C tại thời điểm 0,8s đến 2s 70

Hình 4.10: Phóng to điện áp pha C tại thời điểm 1,4s đến 2s 70

Hình 4.11: Kết quả đóng điện MBA 630kVA mang 0,5% tải 72

Hình 4.12: Dạng sóng điện áp pha C tại thời điểm 1.600ms 72

Hình 4.13: Dạng sóng điện áp pha C tại thời điểm 2.400 ms 73

Hình 4.14: Kết quả đóng điện MBA 630kVA mang 5% tải 73

Hình 4.15: Sơ đồ đơn tuyến - tuyến 479TC trạm 110/22kV Thành Công (tuyến dưới cùng) 75

Hình 4.16: Đóng điện đồng thời bằng REC với 50m chiều dài cáp ngầm 76

Hình 4.17: Đóng điện đồng thời bằng REC với 250m chiều dài cáp ngầm 77

Hình 4.18: Đóng điện đồng thời bằng máy cắt MC479 77

Hình 4.19: Sóng điện áp cao nhất tại vị trí chiều dài l = 140 mét 79

Hình 4.20: Kết quả đóng điện không đồng thời MBA 630kVA không tải lắp đặt MOV trước LBFCO 82

Hình 4.21: Kết quả đóng điện không đồng thời MBA 630kVA không tải lắp đặt MOV sau LBFCO 83

Hình 4.22: Phóng to điện áp pha C tại thời điểm từ 0s đến 0,5s 83

Hình 4.23: Phóng to điện áp pha C tại thời điểm từ 1,35s đến 2s 84

Hình 4.24: Phóng to điện áp pha C tại thời điểm từ 2,2s đến 2,7s 84

Hình 4.25: Trạm biến áp được lắp đặt 2 bộ thiết bị đóng cắt điện LBFCO (bên trái là bộ LBFCO-1, bên phải là bộ LBFCO-2) 86

Hình 4.26: Sơ đồ mô phỏng EMTP lắp đặt 2 bộ thiết bị đóng cắt điện LBFCO (bên trái là bộ LBFCO-1, bên phải là bộ LBFCO-2) 86

Trang 14

Hình 4.27: Sóng điện áp các pha khi đóng điện bằng thiết bị LBFCO-2 87Hình 4.28: Phóng to sóng điện áp của hình 4.27 87Hình 4.29: Sóng điện áp khi mất điện lần lượt pha C rồi đến pha B, pha A vẫn

còn điện 88Hình 4.30: Sóng điện áp pha C khi mất điện lần lượt pha C rồi đến pha B, pha

A vẫn còn điện 89Hình 4.31: Phóng to sóng điện áp pha C tại thời điểm pha C bị sự cố

(350ms) 89Hình 4.32: Sóng điện áp khi đóng điện lần lượt các pha với chiều dài đường

dây trên không là 1.000m 91Hình 4.33: Sóng điện áp khi đóng điện lần lượt các pha với chiều dài đường

dây trên không là 10.000m 91Hình 4.34: Sóng điện áp pha A tại thời điểm đóng điện pha B với chiều dài

đường dây trên không là 1.000m 92Hình 4.35: Sóng điện áp pha A tại thời điểm đóng điện pha B với chiều dài

đường dây trên không là 10.000m 92

Trang 15

DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU

Bảng 2.1: Nguồn gốc của quá độ và phạm vi tần số liên quan 29Bảng 2.2: Phân loại dải tần số 29 Bảng 4.1: Biên độ quá điện áp theo % tải máy biến áp 74Bảng 4.2: Biên độ quá điện áp theo chiều dài khi đóng điện không đồng

thời 79Bảng 4.3: Biên độ quá điện áp tại các điểm đặc biệt 81

Trang 16

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

EMTP Electro – Magnetic Transients Program

LBFCO Load Break Fuse Cut Out LBS Load Break Switch

MBA Máy biến áp

MOV Metal Oxyde Varistor REC Recloser

Trang 17

CHƯƠNG 1:

GIỚI THIỆU TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

Chương 1 sẽ giới thiệu lần lượt về lý do chọn đề tài, nội dung của đề tài, tình hình nghiên cứu trong nước và ngoài nước, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn, bố cục của luận văn và lựa chọn phương pháp pháp nghiên cứu

I Lý do chọn đề tài

Ngày nay cùng với sự phát triển mạnh mẽ về kinh tế, công nghiệp ở Tây Ninh cũng phát triển không ngừng về mọi mặt Để đáp ứng được những nhiệm vụ to lớn đó, điện năng đã đóng một vai trò rất quan trọng hay nói cách khác “Điện năng phải đi trước 1 bước” Nhu cầu phát triển điện năng ở Tây Ninh ngày càng tăng một cách nhanh chóng và sản lượng điện Tây Ninh đang đứng vị trí thứ 5 trong Tổng Công ty Điện lực Miền Nam (sau Đồng Nai, Bình Dương, Long An và Vũng Tàu)

Theo số liệu trong niên giám thống kê của Công ty Điện lực Tây Ninh, tốc độ tăng trưởng điện thương phẩm trong những năm qua tăng trên 15%, thành phần điện thương phẩm công nghiệp chiếm tỷ trọng 72,2% trên tổng điện thương phẩm và tập trung chủ yếu ở các khu công nghiệp Đến nay, các khu công nghiệp ở Tây Ninh như: Khu Công nghiệp Trảng Bàng, Khu Chế xuất Linh Trung III, Khu Công nghiệp Chà Là, Khu Liên hợp Công nghiệp – Đô thị – Dịch vụ Phước Đông – Bời Lời, Khu Công nghiệp Thành Thành Công cơ bản đã được lấp đầy, thu hút nhiều dự án đầu tư quy mô lớn, công nghệ tiên tiến, tạo điều kiện thúc đẩy công nghiệp tỉnh phát triển Các doanh nghiệp có sự quan tâm đầu tư đổi mới trang thiết bị, máy móc, công nghệ hiện đại

Để đảm bảo cung cấp điện an toàn, mỹ quan cho các khu đô thị, khu kinh tế, khu chế xuất, khu công nghiệp, nhà máy, Công ty Điện lực Tây Ninh đã sử dụng sơ đồ cáp ngầm nối với máy biến áp 22/0,4kV Thiết bị đóng cắt điện thường là các cầu chì tự rơi, được thao tác bằng tay do đó dẫn đến việc đóng cắt điện không đồng thời các pha Trong quá trình đóng cắt điện sẽ tạo thành mạch vòng điện dung - điện cảm có thể xảy ra hiện tượng cộng hưởng sắt từ

Hiện tượng cộng hưởng sắt từ là sự xuất hiện một dao động phi tuyến trong mạch điện gây ra do sự liên kết giữa một điện dung và một cuộn kháng bão hòa Cuộn cảm phi tuyến có thể là lõi từ của máy biến áp, tụ điện trong mạch có thể là của dây cáp ngầm Hiện tượng cộng hưởng sắt từ có thể chuyển từ trạng thái bình thường với dòng và áp bình thường qua trạng thái cộng hưởng sắt từ với sự biến dạng sóng của dòng và áp [1].

Khi cộng hưởng sắt từ xảy ra thường có các dấu hiệu như sau [2], [3]: - Duy trì quá điện áp cao

- Máy biến áp có tiếng ồn rất lớn - Quá nhiệt

- Hư hỏng thiết bị bảo vệ chống quá điện áp

Trang 18

- Sự chập chờn

- Duy trì quá dòng điện cao

- Mức độ méo dạng sóng điện áp và dòng điện duy trì cao

Theo yêu cầu của Công ty Điện lực Tây Ninh, việc khảo sát và phân tích các hiện tượng cộng hưởng sắt từ xảy ra trong hệ thống điện khi vận hành đường dây trung áp nhờ mô phỏng trên phần mềm EMTP là rất cần thiết Do đó trong bài luận văn này, tôi chỉ xét đến trường hợp cộng hưởng sắt từ xảy ra trên lưới điện trung áp và mô phỏng cho hệ thống cáp ngầm - máy biến áp hiện đang được sử dụng tại Công ty Điện lực Tây Ninh

Đề tài này nhằm tìm ra nguyên nhân, các điều kiện gây ra hiện tượng cộng hưởng sắt từ, tìm ra các biện pháp để phối hợp cũng như ngăn chặn và làm giảm bớt quá điện áp do hiện tượng cộng hưởng sắt từ gây ra Từ đó đưa ra một số đề xuất cho Công ty Điện lực Tây Ninh trong quá trình thiết kế và vận hành lưới điện trung áp để đảm bảo cung cấp điện an toàn và độ tin cậy cung cấp điện cao

II Nội dung của đề tài

Để thực hiện đề tài, trước tiên cần nắm vững các lý thuyết về hiện tượng cộng hưởng sắt từ liên quan đến quá trình vận hành đường dây trung áp Kế tiếp là tìm hiểu và sử dụng thành thạo phần mềm EMTP để chạy mô phỏng Sau khi nắm vững lý thuyết về hiện tượng cộng hưởng sắt từ và biết sử dụng phần mềm EMTP, cần thu thập số liệu thực tế, đưa ra mô hình để mô phỏng và kiểm chứng mô hình Dựa theo mô hình đã được kiểm chứng, tiếp tục đưa ra các kịch bản để mô phỏng những trường hợp cộng hưởng sắt từ cho sát với thực tế lưới điện trung áp Tây Ninh nhất

Dựa trên việc khảo sát các hiện tượng cộng hưởng sắt từ trên lưới điện trung áp Công ty Điện lực Tây Ninh sẽ tìm ra được những nguyên nhân và điều kiện gây ra hiện tượng cộng hưởng sắt từ, qua kết quả mô phỏng đưa ra được các biện pháp để phối hợp cũng như ngăn chặn và làm giảm bớt quá điện áp do hiện tượng cộng hưởng sắt từ gây ra trên lưới điện trung áp

III Tình hình nghiên cứu trong nước và ngoài nước 1 Tình hình nghiên cứu trong nước

1.1 Luận văn tiến sĩ của tác giả Lâm Du Sơn năm 1998 [1]

Trong luận văn tiến sĩ kỹ thuật đề tài “Mô hình hóa các phần tử phi tuyến trong nghiên cứu quá trình quá độ điện từ của hệ thống điện” của tác giả Lâm Du Sơn, TP.HCM 1998, có 4 nội dung:

- Mô hình toán học các phần tử trong hệ thống điện

- Mô hình toán học các phần tử phi tuyến trong hệ thống điện

- Quá trình quá độ điện từ trong hệ thống điện 500/220kV Việt Nam - Cộng hưởng sắt từ trong lưới phân phối

Trang 19

Chương 5 tác giả nghiên cứu về “Cộng hưởng sắt từ trong lưới phân phối”: - Tác giả đã trình bày việc nghiên cứu, phân tích và tính toán cộng hưởng sắt từ

- Từ lý thuyết về hiện tượng cộng hưởng sắt từ, một phương pháp tính đơn giản để phục vụ cho thiết kế, vận hành lưới điện phân phối đã được tác giả đề xuất

- Kế tiếp là đề xuất cách sử dụng mô hình của máy biến áp, kết hợp cùng chương trình EMTP để tính toán các giá trị áp, dòng và năng lượng tích trữ của thiết bị bảo vệ chống quá điện áp trên một hệ cáp ngầm – máy biến áp Dùng mô phỏng thay thế dần các thông số để tìm ra điều kiện có bắt đầu xuất hiện cộng hưởng

Hình 1.1: Mạch dùng để tính toán mô phỏng cộng hưởng sắt từ

- Sau cùng để chứng minh tính đúng đắn của mô hình và phương pháp đề nghị, tác giả đã thực hiện kiểm tra bằng một thí nghiệm và ghi lại kết quả để so sánh với kết quả tính toán trong cùng một điều kiện

Hình 1.2: Sơ đồ mạch điện dùng trong thực nghiệm

- Trong cả hai trường hợp thí nghiệm trên máy 100kVA và 250kVA, kết quả cho thấy rằng các giá trị điện áp thí nghiệm hoàn toàn phù hợp với các giá trị điện áp mô phỏng Điều này chứng tỏ rằng mô hình của cả máy biến áp lẫn thiết bị bảo vệ chống quá điện áp đều chính xác

- Sử dụng mô hình mô phỏng này, tác giả đã tìm ra được khoảng cách tới hạn của cáp (chiều dài cáp ngầm ngắn nhất) mà không gây ra hiện tượng cộng hưởng sắt từ trong khi vận hành thao tác, cũng như tìm ra thời gian tới hạn dẫn tới hư hỏng cho một số trường hợp vận hành lưới điện phân phối (thời gian tối đa cho phép thao tác không đồng thời các hệ thống cáp ngầm – máy biến áp mà không làm hư hỏng các thiết bị bảo vệ chống quá điện áp)

Các nội dung trong chương 5 đã cung cấp cho tôi rất nhiều kiến thức quý báo và sự hiểu biết sâu hơn về hiện tượng cộng hưởng sắt từ trong lưới điện phân phối

Trang 20

Dựa vào mô hình mô phỏng hiện tượng cộng hưởng sắt từ trên lưới điện phân phối bằng phần mềm EMTP được tác giả kiểm chứng bằng thực nghiệm đã tạo điều kiện tiền đề và động lực cho tôi tiếp tục nghiên cứu khảo sát hiện tượng cộng hưởng sắt từ trên lưới điện trung áp Công ty Điện lực Tây Ninh

1.2 Luận văn cao học của tác giả Võ Minh Hoàng năm 2019 [4]

Luận văn cao học đề tài “Khảo sát hiện tượng cộng hưởng sắt từ trên lưới điện phân phối Công ty Điện lực Thủ Đức” của anh Võ Minh Hoàng, lớp cao học Điện lực TP.HCM khóa 2016 đã bảo vệ ngày 31/08/2019, bao gồm các nội dung:

- Tổng quan về hiện tượng cộng hưởng sắt từ

- Phương pháp giải mạch cộng hưởng sắt từ bằng phương pháp cân bằng họa tần và phương pháp Newton Gaphson

- Giới thiệu phần mềm EMTP

- Chạy mô phỏng một trường hợp đóng cắt điện không đồng thời trên tuyến trung áp Dưỡng Sanh 22kV do Công ty Điện lực Thủ Đức quản lý

Các kết quả mà tác giả đã mô phỏng được đều có biên độ quá điện áp không vượt quá 25kV và tác giả cũng đã khuyến nghị nên thay các thiết bị đóng cắt điện đơn pha bằng các thiết bị đóng cắt điện ba pha

Biên độ quá điện áp do quá trình đóng cắt điện không đồng thời gây ra mà không vượt quá 25kV thực sự là không đáng ngại, vì cách điện của các thiết bị điện chịu được điện áp đến 50kV trong thời gian lên đến 5 phút, do đó chỉ cần ra quy trình thời gian đóng cắt điện là giải quyết được trường hợp này

Trên thực tế, toàn bộ trạm biến áp phân phối có công suất nhỏ hơn 1.600kVA đều được đóng cắt điện bằng thiết bị đơn pha và tổng số lượng các thiết bị này hiện nay rất lớn nên việc đề xuất thay thế các thiết bị đóng cắt điện đơn pha bằng thiết bị đóng cắt điện ba pha là không khả thi vì lý do kinh tế

Mặt khác, biên độ quá điện áp do hiện tượng cộng hưởng sắt từ gây ra trong một số trường hợp khác có thể lên đến vài trăm kV, thậm chí vài ngàn kV

Do đó, kết quả mà tác giả đã tìm ra không đáp ứng được yêu cầu của Công ty Điện lực Tây Ninh và Công ty Điện lực Tây Ninh đã giao nhiệm vụ cho tôi là tìm ra các giải pháp để phối hợp ngăn chặn hoặc làm giảm bớt biên độ quá điện áp do hiện tượng cộng hưởng sắt từ gây ra trên lưới điện trung áp

2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước

Hiện nay, có rất nhiều bài báo khoa học nước ngoài nghiên cứu về hiện tượng cộng hưởng sắt từ trên lưới điện trung áp

Dưới sự tận tình giúp đỡ của Thầy PGS.TS Phạm Đình Anh Khôi, tôi đã đọc được 22 bài báo nước ngoài nói về hiện tượng cộng hưởng sắt từ trên lưới điện trung áp Sau khi nghiên cứu, tôi đã chọn ra được 8 bài báo điển hình và tiêu biểu nhất:

Trang 21

2.1 Bài báo nước ngoài của tác giả Santoso và các cộng sự C.Dugan, E.Grebe [2]

Modeling Ferroresonance Phenomena in an Underground Distribution System, Surya Santoso, Roger C Dugan, Thomas E Grebe, Electrotek Concepts, Inc Knoxville, TN 37923, Petre Nedwick, Distribution Operation Planning Virginia Power Richmond, Virginia 23261

Bài báo này đã cung cấp những nội dung như sau: - Tổng quan về hiện tượng cộng hưởng sắt từ

- Mô hình hóa hiện tượng cộng hưởng sắt từ ở các khía cạnh và kinh nghiệm thực tế trong việc nhận biết, phòng tránh và ngăn ngừa

- Một số hiện tượng do cộng hưởng sắt từ gây ra: Duy trì quá điện áp cao, duy trì quá dòng điện cao, máy biến áp có tiếng ồn rất lớn, quá nhiệt, hư hỏng thiết bị bảo vệ chống quá điện áp MOV, sự chập chờn

- Đưa ra mô hình chuyển đổi

- Bài báo cũng ghi nhận nội dung: khi tăng tải máy biến áp lên thì biên độ quá điện áp giảm xuống một cách nhanh chóng và theo quy tắc điển hình chung là 5% tải tối thiểu là có thể tránh được quá điện áp do cộng hưởng sắt từ gây ra Đồng thời bài báo cũng ghi nhận rằng các nhà phân tích cho biết khi điện áp vượt quá 1,25 lần so với điện áp nguồn trong hệ cáp ngầm - máy biến áp thì hệ thống được cho là có giá trị cộng hưởng sắt từ bên trong

- Khảo sát một trường hợp thực tế ở trạm cơ sở y tế được cấp điện bằng một đường dây cáp ngầm 34,5kV:

Hình 1.3: Mô hình mô phỏng bằng phần mềm EMTP

+ Mục đích nghiên cứu trường hợp này là để khẳng định: có thể tránh được cộng hưởng sắt từ trong trường hợp sử dụng các thiết bị đóng cắt điện không đồng thời 1 pha thay vì sử dụng các thiết bị đóng điện đồng thời 3 pha bằng cách tăng tải máy biến áp trên mức tải tối thiểu

+ Tải tối thiểu cần thiết tại trạm cơ sở y tế để tránh được cộng hưởng sắt từ là 20%, tải này cao hơn nhiều so với quy tắc điển hình là tải tối thiểu 5%, giá trị cao hơn là do phụ thuộc vào chiều dài cáp ngầm liên quan

Trang 22

2.2 Bài báo nước ngoài của tác giả Buigues và các cộng sự Zamora, Valverde, Mazón, San Martín [3]

Ferroresonance in three-phase power distribution transformers: source, consequences and prevention – Garikoitz BUIGUES, Inmaculada ZAMORA, Victor VALVERDE, Angel Javier MAZÓN, José Ignacio SAN MARTÍN, University of Basque Country (Spain), garikoitz.buigues@ehu.es, inmaculada.zamora@ehu.es

Bài báo này đã cung cấp những nội dung như sau:

- Các yếu tố ảnh hưởng đến cộng hưởng sắt từ: đóng cắt điện không đồng thời, kiểu đấu dây cuộn sơ cấp MBA, MBA có tổn thất thấp, MBA vận hành không tải hoặc non tải, điện dung của cáp ngầm, đặc điểm mạng điện, điều kiện ban đầu …

- Các điều kiện xảy ra cộng hưởng sắt từ

- Bài báo cũng ghi nhận nội dung: MBA càng non tải thì cộng hưởng sắt từ càng dễ xảy ra với biên độ điện áp càng lớn Lượng tải cần thiết phụ thuộc vào điện dung cáp ngầm của pha mở (chủ yếu là chiều dài cáp ngầm) liên kết với điện cảm phi tuyến của máy biến áp

- Một số hiện tượng do cộng hưởng sắt từ gây ra: MBA có tiếng ồn rất lớn, quá nhiệt, hư hỏng thiết bị bảo vệ chống quá điện áp MOV, sự chập chờn, duy trì quá điện áp cao, duy trì quá dòng điện cao …

- Các biện pháp ngăn ngừa hiện tượng cộng hưởng sắt từ:

+ Tránh các cấu hình dễ bị cộng hưởng sắt từ trong quá trình thiết kế và vận hành, tức là chọn đúng sự kết hợp giữa chiều dài cáp ngầm kết nối với MBA, đóng cắt điện đồng thời cả 3 pha cùng một lúc…

+ Các tham số hệ thống phải tránh xa vùng cộng hưởng sắt từ nguy hiểm + Đảm bảo năng lượng do nguồn cung cấp không đủ để duy trì hiện tượng cộng hưởng sắt từ như: đóng cắt điện khi MBA đang mang tải trên mức tải tối thiểu …

- Để nghiên cứu và đánh giá hiện tượng cộng hưởng sắt từ, bài báo đã đưa ra ba phương pháp chính để sử dụng:

+ Thử nghiệm trong phòng thí nghiệm và hiện trường + Sử dụng các mô hình toán học và phân tích kỹ thuật + Sử dụng các chương trình phần mềm để mô phỏng

Trang 23

Hình 1.4: Sơ đồ vận hành hệ cáp ngầm - MBA

Tóm lại, bài báo này đã mô tả kỹ lưỡng tất cả các yếu tố chính liên quan đến sự xuất hiện của cộng hưởng sắt từ, phân tích nhiều tình huống xảy ra cộng hưởng sắt từ Qua đó giúp nhân viên thiết kế và vận hành có một cái nhìn bao quát, nhận dạng nhanh chóng và có giải pháp xử lý kịp thời hiện tượng cộng hưởng sắt từ

2.3 Các bài báo nước ngoài [5], [6], [7], [8], [9], [10]

Examples of ferroresonance in distribution systems, Roger C Dugan, Fellow, IEEE [5] Bài báo đưa ra các ví dụ xuất phát từ kinh nghiệm làm việc thực tế của tác giả, đồng thời cũng đưa ra một số biện pháp khắc phục cộng hưởng sắt từ: sử dụng thiết bị đóng cắt điện đồng thời thay vì đóng cắt điện không đồng thời, đảm bảo khi đóng cắt điện MBA đang mang tải trên mức tải tối thiểu …

Ferroresonance Studies in Malaysian Utility’s Distribution Network, Badmanathan Tanggawelu, R.N.Mukerjee, Aznan Ezraie Ariffin, IEEE member [6] Dựa trên các nghiên cứu gần đây trên mạng lưới phân phối Malaysia, bài báo cho thấy rằng để chẩn đoán sự tồn tại của cộng hưởng sắt từ thì điều cần thiết là kiểm tra sự hiện diện của quá điện áp và phân tích tần số phổ, bài báo cũng đã mô phỏng nhiều trường hợp bằng chương trình phần mềm PSCAD/EMTDC

Case Study of Ferroresonance in 33 kV Distribution network of PEA Thailand, Kesinee Laohacharoensombat Sermchai Jaruwattanadilok Kamphol Tuitemwong Choowong Wattanasakpubal Kritsada Kleebmek, Provincial Electricity Authority, 200 Ngam Wong Wan rd., Ladyaw, Chatuchak, Bangkok, Thailand, Email address: kesinee.lac@pea.or.th [7] Bài báo này đã trình bày một nghiên cứu về cộng hưởng sắt từ trên mạng lưới phân phối 33kV, phân tích được thực hiện bằng mô phỏng ATP/EMTP có đối chiếu so sánh với kết quả thử nghiệm và đã đề xuất các giải pháp để tránh những thiệt hại do cộng hưởng sắt từ gây ra: chuyển mạch 3 pha cùng một lúc, đóng cắt điện khi MBA đang mang tải …

Trang 24

Ferroresonance Explained by Jim Vaughn, CUSP, Atkinson Power [8] Bài báo đã đưa ra 3 điều kiện cần thiết cho cộng hưởng sắt từ xảy ra và đã đưa ra các giải pháp ngăn chặn, trong đó giải pháp đơn giản nhất là sử dụng hộp tải HDE kết nối với phía thứ cấp của MBA 3 pha

EA Technology Ferroresonance overvoltages in distribution networks by J B Wareing, F Perrot Paper for IEE colloquium on Ferroresonance 12 November, 197, Glasgow [9] Bài báo giới thiệu về cộng hưởng sắt từ, bối cảnh lịch sử, những điều kiện cơ bản để cộng hưởng sắt từ xảy ra, cách phòng tránh và ngăn ngừa: đóng cắt điện cả 3 pha cùng một lúc, đóng cắt điện khi MBA đang mang tải, quy trình đóng cắt điện và lắp đặt thiết bị bảo vệ chống quá điện áp MOV

Ferroresonance in a 13,8kV Distribution Line Peter E.Sutherland, Senior Member EPRI Solutions, Inc Schenectady, NY 12305 Now with GE Energy Services, Robert Manning United IIIuminating Co, Shelton, CT 06484 [10] Bài báo mô phỏng lại một trường hợp đã xảy ra ở thực tế, kết quả mô phỏng cho thấy rất nhiều điểm tương đồng với kết quả đo lường trong thực tế Bài báo cũng ghi nhận nội dung khi MBA mang một lượng tải trên mức tải tối thiểu thì cộng hưởng sắt từ biến mất

IV Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận văn 1 Tính khoa học

Nghiên cứu sự cộng hưởng nối tiếp giữa điện dung C của cáp ngầm và điện cảm phi tuyến L của máy biến áp, khi thay đổi chiều dài cáp ngầm tôi đặc biệt quan tâm đoạn chiều dài cáp ngầm mà mạch bắt đầu chuyển từ dung kháng sang cảm kháng (biên độ quá điện áp do hiện tượng cộng hưởng sắt từ gây ra trong đoạn chiều dài này có giá trị từ vài trăm kV lên đến vài ngàn kV)

Nghiên cứu quy trình đóng điện sao cho điện dung C của cáp ngầm bị cách ly với máy biến áp, không tham gia được vào hệ cáp ngầm – máy biến áp để gây ra hiện tượng cộng hưởng sắt từ

Nghiên cứu sự ảnh hưởng của tải máy biến áp, thiết bị đóng cắt điện đồng thời ba pha, thiết bị đóng cắt điện không đồng thời đơn pha, cách lắp đặt thiết bị bảo vệ chống quá điện áp, sự cố mất pha trung áp và sự ảnh hưởng của chiều dài đường dây trên không

2 Tính thực tiễn

Khảo sát hiện tượng cộng hưởng sắt từ trên lưới điện trung áp rất quan trọng trong thiết kế và vận hành lưới điện trung áp ngầm Nghiên cứu trong luận văn này cho thấy, khi vận hành với sơ đồ cáp ngầm - máy biến áp có thể xảy ra hiện tượng cộng hưởng sắt từ với biên độ quá điện áp rất lớn sẽ làm phá hủy cách điện của cáp ngầm, máy biến áp và các thiết bị khác

Rút ra được một số kết luận khi vận hành sơ đồ cáp ngầm - máy biến áp, từ đó sẽ phối hợp cũng như ngăn chặn và làm giảm bớt quá điện áp do hiện tượng cộng hưởng sắt từ gây ra trên lưới điện trung áp Công ty Điện lực Tây Ninh

Trang 25

Do đặc thù lưới điện Tổng Công ty Điện lực Miền Nam có đặc điểm tương tự nhau, do đó kết quả luận văn có thể mở rộng để áp dụng cho cả Tổng Công ty Điện lực Miền Nam

V Bố cục của luận văn

Tên luận văn: “Khảo sát hiện tượng cộng hưởng sắt từ trên lưới điện trung áp Công ty Điện lực Tây Ninh”

Bố cục của luận văn bao gồm 5 chương, nội dung cụ thể của từng chương như sau:

- Chương 1: Giới thiệu tổng quan đề tài - Chương 2: Giới thiệu phần mềm EMTP

- Chương 3: Tổng quan về hiện tượng cộng hưởng sắt và mô hình các phần tử trong hệ thống điện

- Chương 4: Khảo sát hiện tượng cộng hưởng sắt từ cho một xuất tuyến tiêu biểu trên lưới điện trung áp Công ty Điện lực Tây Ninh

- Chương 5: Kết luận và hướng phát triển

VI Lựa chọn phương pháp nghiên cứu

Có 3 phương pháp nghiên cứu hiện tượng cộng hưởng sắt từ:

- Phương pháp 1: Nghiên cứu thực hiện trong phòng thí nghiệm, các thí nghiệm này mang lại rất nhiều thông tin có ích Tuy nhiên, có hạn chế là không thể thực hiện được tất cả các thí nghiệm vì quá tốn kém, các kết quả cũng có giới hạn vì không thể tổng quát hóa được hết tất cả các trường hợp

- Phương pháp 2: Sử dụng mô hình toán học và kỹ thuật giải tích Phương pháp này cho phép nghiên cứu tổng quát được nhiều trường hợp, nhưng lại bị giới hạn do phải mô hình máy biến áp và các phần tử trong hệ thống chủ yếu bằng các hàm toán học

- Phương pháp 3: Sử dụng máy tính để mô phỏng các mô hình máy biến áp Phương pháp này có thuận lợi là có thể nghiên cứu bất kỳ mô hình dưới bất kỳ điều kiện nào và nó có thể dự báo được hoạt động của các phần tử phi tuyến Tuy nhiên, bị giới hạn là không chứng minh được tổng quát các mối quan hệ ràng buộc nhau dẫn đến cộng hưởng sắt từ, mà phải tính toán với 1 tập các thông số rất lớn để tìm ra được kết quả

Phân tích, lựa chọn phương pháp giải bài toán cộng hưởng sắt từ:

- Phương pháp 1 là phương pháp không thể thực hiện được với thời gian thực hiện đề tài có giới hạn, do đó chỉ so sánh lựa chọn phương pháp 2 và 3

- Bài toán cộng hưởng sắt từ có thành phần phi tuyến, các thông số của mạch thay đổi tuỳ theo điều kiện môi trường, điều kiện vận hành rất khó để mô tả bằng các quan hệ toán học và giả sử nếu tìm được một phương trình mô tả các mối quan hệ phi tuyến đó thì cũng cần phải tìm một phương pháp thích hợp để giải các phương trình phức tạp đó

Trang 26

- Ngày nay, với sự phát triển rất mạnh của máy tính, các chương trình ứng dụng công nghệ thông tin cũng phát triển theo, chúng là công cụ mạnh giải quyết nhanh các bài toán phức tạp, ưu điểm là có thể nghiên cứu bất kỳ mô hình dưới bất kỳ điều kiện nào và nó có thể dự báo được hoạt động của các phần tử phi tuyến Với mong muốn tìm ra đáp án, lý giải và tìm biện pháp ngăn chặn hiện tượng cộng hưởng sắt từ trong thực tế đã xảy ra ở một số nơi, trên quan điểm ứng dụng thực tế và kế thừa những thành tựu mà thế giới đã có như chương trình EMTP (có thể xem nó là thành tựu vì đó là chương trình có uy tín, đã ứng dụng rất nhiều nơi trên thế giới, đã trãi qua nhiều phiên bản với sự góp sức của nhiều người nghiên cứu viết phần mềm EMTP), đề tài này chọn phần mềm EMTP (bản quyền của Công ty Cổ phần tư vấn Xây dựng điện 2) để mô phỏng và tính toán hiện tượng cộng hưởng sắt từ

- Ngoài ra cũng còn nhiều phần mềm khác mô phỏng về hiện tượng cộng hưởng sắt từ nhưng tôi không chọn, lý do:

+ Phần mềm ATP: phần mềm miễn phí chuyên về mô phỏng hiện tượng cộng hưởng sắt từ nhưng người dùng phải xây dựng thêm mô hình đặc tính từ hóa cho MBA nên tôi không chọn

+ Phần mềm PSCAD: phần mềm có bản quyền chuyên về mô phỏng hiện tượng cộng hưởng sắt từ nhưng do chi phí mua bản quyền rất cao nên tôi không chọn

Để sử dụng được phần mềm EMTP, tôi xin trình bày tổng quan về phần mềm EMTP ở chương tiếp theo

Trang 27

CHƯƠNG 2:

GIỚI THIỆU PHẦN MỀM EMTP

Chương 2 sẽ giới thiệu lần lượt về lịch sử phát triển của phần mềm EMTP, các ứng dụng và lợi ích của phần mềm EMTP, cụ thể như: khả năng ứng dụng EMTP, các chế độ mô phỏng, cấu trúc file mô phỏng, thư viện các công cụ, mô hình cơ bản của các phần tử hệ thống điện trong phần mềm EMTP [11]

I Sơ lược về lịch sử phát triển của phần mềm EMTP

Chương trình quá độ điện từ (EMTP – Electromagnetic Transients Programme) là một chương trình 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 Chương trình EMTP được phát triển vào những năm cuối của thập kỷ 60 thế kỷ XX bởi tiến sĩ Hermann Dommel, ông đã mang chương trình này đến Bonneville Power Administration (BPA)

Vào năm 1973 khi giáo sư Dommel rời khỏi BPA để chuyển đến đại học British Columbia (UBC), hai phiên bản của chương trình đã được định hình: Phiên bản tương đối nhỏ UBC được sử dụng chủ yếu để phát triển các mô hình; và phiên bản BPA, mở rộng nhằm hướng tới các yêu cầu của các kỹ sư điện Phiên bản BPA của chương trình EMTP được phát triển nhờ những nỗ lực cộng tác của tiến sỹ Scott Meyer và tiến sỹ Tsu-huei Liu của BPA, cũng như sự đóng góp của hàng loạt các Công ty Điện lực và các Trường đại học Bắc Mỹ

Những năm 1980, EMTP đã trở thành mốt trong lĩnh vực điện năng Nó phát triển mạnh mẽ từ 70000 đến 80000 cách tập hợp các qui tắc so với lúc nguyên thuỷ là 5000, nhưng lại có xu hướng phân mảng nhỏ

Nhằm hợp lý hóa sự phát triển của chương trình và thu hút sự tài trợ từ các Công ty Điện lực, nhóm phối hợp phát triển chương trình EMTP (DCG) đã được thành lập vào năm 1982 và được thương mại hóa đầu tiên vào năm 1984 Những thành viên ban đầu của DCG bao gồm BPA, Văn phòng khiếu nại Mỹ, Hiệp hội Điện lực miền Tây (WAPA), Hiệp hội Điện lực Canada (CEA), Ontario Hydro, và Hydro Quebec

Nhiệm vụ chính của DCG là phát triển những vấn đề kỹ thuật mới Kết quả của những nỗ lực này, một chuỗi những sổ tay hướng dẫn và báo cáo được ấn bản trong khoảng thời gian từ 1985 đến 1986 Và với các tài liệu đó, tập hợp các qui tắc nâng cao của chương trình đã được kiểm chứng và dẫn chứng bằng văn bản một cách rộng rãi Chương trình đã thu hút nhiều sự chú ý và được sử dụng rộng rãi bởi các kỹ sư tại Mỹ và các nơi khác

Phiên bản 2.0 của EMTP đã được ấn bản vào năm 1989 với cùng một kiểu với phiên bản trước Theo đó, chương trình đã được làm phong phú hơn theo thời gian bởi những người sử dụng

Trang 28

Phiên bản 3.0 của EMTP đã được DCG phát hành vào năm 1996 (EMTP96) EMTP96 đại diện cho phiên bản cuối cùng của EMTP dựa trên bản mã gốc BPA

Phiên bản EMTPWorks là phiên bản mới nhất hiện nay Trong luận văn, phiên bản EMTPWorks đã được mua bản quyền sử dụng bởi Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng điện 2 (PECC 2) thuộc Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) sẽ được áp dụng để mô phỏng hiện tượng cộng hưởng sắt từ

EMTPWorks bao gồm tất cả các chức năng của EMTP96, nhưng cũng bao gồm các tính năng nâng cao như biến bước thời gian, các chương trình nhúng xử lý, miền nhớ động, và nhiều hơn nữa Ngoài những phiên bản của EMTP được đề cập ở trên, còn có các chương trình phân tích quá độ khác cho các mạch điện, đáng chú ý đến là các trường hợp:

- NETOMAC (Siemens, sản phẩm thương mại)

- Morgat và Arene (Eletricite của Pháp, sản phẩm thương mại)

- PSIM (sản phẩm thương mại, lĩnh vực nghiên cứu điện tử công suất) - SABER (sản phẩm thương mại, lĩnh vực nghiên cứu điện tử công suất) - Spice, PSPICE (sản phẩm thương mại, đối với các mạch điện tử, thỉnh thoảng được sử dụng trong lĩnh vực nghiên cứu điện tử công suất)

II Các ứng dụng và lợi ích của phần mềm EMTP 1 Khả năng ứng dụng EMTP

EMTP là một phần mềm mô phỏng và phân tích đầy đủ đặc tính cho các hiện tượng quá độ cũng như xác lập trong hệ thống điện

- Khảo sát các hài – chất lượng điện năng

- Cộng hưởng sắt từ

- Cộng hưởng tụ kháng

Trang 29

- Khởi động động cơ - Hòa đồng bộ ngược pha - Tách lưới và các sự cố khác - Hệ thống điều khiển chung - Hệ thống nối đất

- Đánh giá dòng điện sự cố không đối xứng - Hoán vị pha

- Tổn thất trên dây chống sét

- Phân tích chế độ xác lập không đối xứng - Đóng cắt tụ

- Bảo vệ tụ bù dọc

Áp dụng cho HTĐ Việt Nam:

- Tính thông số đường dây (Transmission Line Constants) - Tính quá điện áp thao tác (Switching Over Voltage) - Tính quá điện áp phục hồi (Transient Recovery Voltage)

- Tính cộng hưởng sắt từ (Ferroresonance)

- Tính chọn MOV (Metal Oxide Varistor)

- Tính toán chọn điện trở nối đất, chống sét van (Surge Aresster)

2 Các chế độ mô phỏng

2.1 Mô phỏng trạng thái xác lập

Trạng thái xác lập là trạng thái hoạt động bình thường của hệ thống điện Trong phân tích hệ thống điện ở trạng thái xác lập, thay vì sử dụng miền thời gian của một điện áp như dạng V=V0cos(ωt+ѱ) thì trong miền tần số để đơn giản hóa sẽ chuyển nó thành Vrms với tần số là 50 hoặc 60 Hz và đây là cơ sở của hầu hết các chương trình phân tích dòng tải và ngắn mạch

EMTP sử dụng những tính toán ở trạng thái xác lập trong miền tần số để khởi tạo mạng tính toán chuẩn bị cho một mô phỏng quá độ (chứ không phải là bắt đầu mô phỏng quá độ từ các điều kiện không ban đầu)

2.2 Mô phỏng trạng thái quá độ

Mô phỏng các hiện tượng quá độ của là mục đích chính của EMTP Như những định nghĩa trước đó, một hiện tượng quá độ có thể được xác định là những gì xảy ra giữa hai trạng thái ổn định Ví dụ như trước và sau khi sự cố pha chạm đất

Những mô phỏng của một hiện tượng quá độ gắn liền với tần số của điện áp và dòng điện trong hiện tượng cần xét Bảng 2.1 cho biết các dải tần số phổ biến của các hiện tượng quá độ:

Trang 30

Bảng 2.1: Nguồn gốc của quá độ và phạm vi tần số liên quan

Cộng hưởng sắt từ (DC) 0.1 Hz – 1 kHz

Phục hồi khi sự cố 50/60 Hz – 3 kHz Sự cố khởi động 50/60 Hz – 20 kHz Cấp điện dây dẫn 50/60 Hz – 20 kHz Đóng điện dây dẫn (DC) 50/60 Hz – 20 kHz Quá điện áp phục hồi (sự cố đầu cực) 50/60 Hz – 20 kHz Quá điện áp phục hồi (sự cố dây ngắn) 50/60 Hz – 100 kHz Phóng điện lại của sự cố ngắn mạch 10 kHz – 1 MHz Quá điện áp sét, sự cố trạm 10 kHz – 3 MHz Dao cách ly và sự cố trong GIS 100 kHz – 50 MHz

Trong một mô phỏng EMTP, phạm vi tần số của một mô phỏng quá độ là rất quan trọng vì một vài lý do:

- Các mô phỏng EMTP được rời rạc hóa theo bước thời gian Kích cỡ của bước thời gian đặt ra một giới hạn lý thuyết trong việc giải quyết các mô phỏng quá độ Giới hạn lý thuyết này là tần số Nyquist fN = 1/2 Δt Trong thực tế, thời gian bước phải nhỏ vì EMTP sử dụng công thức tích phân hình thang để giải những phương trình vi tích phân mô tả hệ thống Công thức tích phân hình thang chỉ có thể đưa ra lời giải xấp xỉ và bước thời gian càng nhỏ thì lời giải càng chính xác Bước thời gian nhỏ hơn tần số Nyquist khoảng 5 lần là có thể đưa ra lời giải chấp nhận được nên bước thời gian của một mô phỏng sẽ được chọn để cho Δt nhỏ hơn 1/10fmax

- Các chi tiết của hệ thống cần phải được mô hình hóa phụ thuộc vào tần số lớn nhất của các hiện tượng được mô phỏng Ví dụ, trong mô phỏng hiện tượng sét, cần thiết phải mô hình mỗi khoảng vượt và mỗi cột trụ của một đường dây truyền tải chi tiết, trong khi trong một mô phỏng dây cấp điện chi tiết như vậy là không cần thiết Khi khảo sát ở các tần số cao hơn thì số lượng chi tiết càng lớn hơn

- Kích cỡ của hệ thống được mô hình hóa cũng phụ thuộc vào tần số lớn nhất của hiện tượng quá độ đang được nghiên cứu Ví dụ, mặc dù trong một mô phỏng sét là cần thiết phải mô hình mỗi khoảng vượt và mỗi cột trụ của một đường dây truyền tải chi tiết, tuy nhiên, chỉ một vài trong những khoảng vượt cần phải mô hình để thay cho tất cả và được giới thiệu ở bảng 2.2

Bảng 2.2: Phân loại dải tần số

Nhóm Dải tần số biểu diễn Dạng mô phỏng Biểu diễn chủ yếu cho

I 0.1 Hz – 3 kHz Dao động tần số thấp Quá điện áp tạm thời

II 50/60 Hz – 20 kHz Đầu sóng chậm Quá điện áp đóng cắt

III 10 kHz – 3 MHz Đầu sóng nhanh Quá điện áp sét

IV 100 kHz – 50 MHz Đầu sóng rất nhanh Quá điện áp phóng điện ngược

Trang 31

3 Cấu trúc file mô phỏng EMTP

Một mô phỏng EMTP có một số tập tin đầu vào và đầu ra liên kết với nó Hình sau hiển thị các mối quan hệ giữa những tập tin này và các chương trình hỗ trợ khi sử dụng:

Hình 2.1: Mối quan hệ giữa những tập tin và các chương trình hỗ trợ EMTP có 3 lớp thiết kế Thấp nhất là một framework cho các giao diện mã thực Một lớp thứ hai sẽ được thêm vào để hỗ trợ cho các phương thức soạn thảo Thứ ba là lớp dành cho người sử dụng hoặc người phát triển truy cập vào các lớp Nó cung cấp một tập hợp số lượng lớn các soạn thảo dành cho các thay đổi hoặc cập nhật hầu như bất cứ điều gì xuất hiện trên thiết kế có sẵn Các ngôn ngữ soạn thảo là Javascript được thêm vào phương thức giao tiếp với các lớp framework

Tất cả các công cụ trong EMTP được xây dựng cho nhập liệu và xử lý các biểu tượng Các biểu tượng có thể được cập nhật thông qua trình soạn thảo

Dữ liệu của các công cụ được thu thập dựa trên DHTML Dạng dữ liệu mạnh này được tạo ra bằng cách sử dụng mã JavaScript, DHTML và ActiveX Dữ liệu của các công cụ có thể lưu trữ ở bất kỳ nơi nào trên web

Người dùng có thể tạo riêng ra những công cụ của chính họ bên ngoài chương trình với đầy đủ phương thức xử lý dữ liệu

Ngoài các thiết bị đã được soạn thảo, EMTP cung cấp đầy đủ các thiết kế soạn thảo Trình soạn thảo được sử dụng để tìm kiếm các công cụ hoặc để tải về và sửa đổi dữ liệu cho một số lượng lớn các công cụ sử dụng một vài dòng soạn thảo Trình soạn thảo cũng có thể được áp dụng cho các tín hiệu

Trang 32

Trình soạn thảo cũng được dùng để tạo ra các Netlist tĩnh cho EMTP EMTP cung cấp các tuỳ chọn riêng và có thể dễ dàng chuyển đổi và được sử dụng cho các ứng dụng khác trong phân tích hệ thống điện

Giao diện người dùng dễ sử dụng, giúp tối đa hóa khả năng của EMTP Thư viện, tài liệu đầy đủ và toàn diện về các thành phần và khối chức năng giúp người dùng nghiên cứu HTĐ hoàn chỉnh và phức tạp

Công cụ tính toán mạnh mẽ và nhanh chóng, cung cấp các giải pháp đáng kể cho các mô hình phi tuyến, hệ thống điều khiển và mô hình do người dùng xác định

Thu thập dữ liệu và xử lý tín hiệu rất tốt cho việc hiển thị và phân tích kết quả mô phỏng bằng MPLOT, ScopeView

4 Thư viện các công cụ

Các công cụ được tìm thấy trong các thư viện EMTP sẽ được cập nhật liên tục Các phiên bản thương mại đầu tiên của EMTP sẽ chứa các thư viện :

Công cụ Pseudo: tất cả các công cụ liên kết tín hiệu được xây dựng Nhánh RLC:

- Các công cụ để xây dựng: RLC một hoặc ba pha, mô hình PI một pha, ba pha hoặc nhiều pha, mô hình PL kép một pha, ba pha hoặc nhiều pha và nhánh FDB nhiều pha

- Các công cụ đóng gói: tải RLC ba pha (PQ)

Điều khiển: được xây dựng điều khiển toàn bộ hệ thống

Công cụ điều khiển của TACS: bổ sung thêm gói các công cụ cũ TACS Điều khiển các chức năng: gói công cụ điều khiển các chức năng hệ thống

khác nhau, chẳng hạn như PWM, PID, v.v…

Điều khiển máy điện: gói công cụ máy điện kích từ đồng bộ, tuabin và bộ

điều chỉnh tốc độ

Flip-flops: gói các công cụ flip-flops

HVDC: gói công cụ điều khiển các chức năng cơ bản HVDC

Dây dẫn: Các công cụ để xây dựng: dữ liệu dây, dữ liệu cáp, Corona, mô

hình dây CP một pha, ba pha hoặc nhiều pha, mô hình dây FD nhiều pha, mô hình cáp FDQ nhiều pha và mô hình dây băng rộng nhiều pha

Máy điện: Các công cụ để xây dựng: mô hình máy điện 3 pha nhiều khối

đồng bộ và không đồng bộ tổng quát

Thiết bị đo: các thiết bị đo đa dạng được xây dựng trong scopes để xác

định công suất và tín hiệu điều khiển hệ thống

Thiết bị đo chu kỳ: các thiết bị đo chức năng xác định chu kì tín hiệu, Vrms, P, Q, Vsequences, v.v…

Trang 33

Công cụ phi tuyến: Các công cụ để xây dựng: mô hình điện trở phi tuyến

xác định bằng đặc tuyến điện áp phụ thuộc, mô hình điện trở phi tuyến điều khiển, mô hình điện trở phi tuyến đặc tuyến bậc thang thay đổi theo thời gian, mô hình điện cảm phi tuyến và các chức năng tính toán các dữ liệu tương ứng, cuộn kháng Hysteretic và lắp đặt tương ứng, mô hình chống sét van SiC, mô hình chống sét van ZnO và các hàm tính toán dữ liệu tương tứng, các mô hình phóng điện hồ quang ngắn mạch khác nhau

Option: các tùy chỉnh mô phỏng, công cụ chuyển đổi dữ liệu và dịch các file EMTP phiên bản 3.0, công cụ thống kê

Nguồn: Nguồn áp và dòng xoay chiều một pha, ba pha, nguồn áp và dòng

điều khiển, nguồn áp và dòng 1 chiều, nguồn đặc tuyến áp và dòng, nguồn áp và dòng sét, nguồn dòng

Khóa đóng cắt: khóa lý tưởng, khóa điều khiển, mô hình khe hở không

khí, mô hình khe hở điều khiển, khóa thống kê, hệ thống, diode lý tưởng và các khóa công suất

Biểu tượng: thư viện các ký hiệu xây dựng cho các thiết kế đơn giản hoặc

cho các mạch con được tạo ra

Công cụ chuyển đổi: các gói điều khiển cho các hàm chuyển đổi cổ điển,

chẳng hạn như từ ba pha qua dq0, v.v…

Máy biến áp:

- Các công cụ để xây dựng: mô hình máy biến áp lý tưởng đơn, nhiều pha, 2 cuộn dây, BCTRAN - TOPMAG - TRELEG – mô đun dữ liệu tính toán máy biến áp, mô đun dữ liệu tính toán dòng xoáy và FDBFIT cho tính toán các mô hình máy biến áp tần số cao

- Các công cụ đóng gói: mô hình máy biến áp đơn pha không lý tưởng, các mô hình máy biến áp ba pha hai và ba cuộn dây và ba pha nối đất ZigZag

5 Mô hình cơ bản của các phần tử hệ thống điện trong phần mềm EMTP

5.1 Hệ thống đường dây và cáp ngầm

Đối với đường dây CP (tham số hằng), ta có thể nhập thông số trực tiếp thông qua tính toán như Hình 2.2

Trang 34

Hình 2.2: Giao diện nhập thông số cho đường dây CP

Bên cạnh đó, thông qua các dữ liệu được xuất ra từ Line Data hoặc Cable Data ta cũng có thể nhập vào dữ liệu của đường dây CP một cách nhanh chóng thông qua chức năng “Load data from file”:

Hình 2.3: Chức năng nhập dữ liệu trực tiếp từ dữ liệu xuất ra của Line Data hoặc Cable Data

Vậy để nhập thông số cho đường dây CP, trước hết ta phải nhập thông số cho module Line Data và Cable Data - 02 module này dùng để nhập cấu trúc treo dây trên cột, thông số dây dẫn, phân pha, chiều dài đoạn dây

Hình 2.4: Module Line Data và Cable Data

Trang 35

Hình 2.5: Giao diện nhập số liệu trong Line Data

Dữ liệu đầu vào cho module Line Data này bao gồm:

- Dữ liệu về dây dẫn (Conductor Data)

- Module: cho phép khai báo các dạng dữ liệu cần tính (line model hoặc Line Parameters)

+ Line Model: tạo ra mô hình đường dây cho các bài toán chế độ xác lập và mô phỏng thời gian

+ Line Parameters: tính điện trở, điện kháng và điện dung của dây dẫn + Unit: xác định đơn vị sử dụng cho dữ liệu bao gồm hệ SI hoặc hệ English - Input option: lựa chọn cách khai báo sơ đồ bố trí và số liệu dây dẫn - Number of conductors: số lượng dây dẫn

Trang 36

- Conductor data table: bảng khai báo thông số dây dẫn + Wire: số hiệu dây (số thứ tự quy ước)

+ Phase number: là số thứ tự pha của dây dẫn Nếu có nhiều hơn 1 dây dẫn có cùng số thứ tự pha nghĩa là các dây dẫn này được nối song song

+ DC resistance: điện trở 1 chiều đơn vị của dây dẫn + Outside diameter: đường kính ngoài dây dẫn

+ Horizontal distance: tọa độ x của dây dẫn so với 1 mốc chung (x=0) + Vertical Height at tower: độ cao treo dây so với mặt đất

+ Vertical Height at Midspan: độ cao tại điểm võng thấp nhất của đường dây

- Additional data for Wire: cho phép khai báo dữ liệu chi tiết thêm về từng dây dẫn

- Skin effect corection: hiệu chỉnh theo hiệu ứng bề mặt + Thick/Diam: khai báo tỉ số T/D (Thickness/Diameter) + None: bỏ qua hiệu ứng bề mặt

+ Solid conductor: coi gần đúng dây dẫn đặc

+ Galloway - Wedephol: sử dụng công thức hiệu chỉnh Galloway Wedephol (chỉ áp dụng với Line Parameters)

- Bundle conductor: khai báo đối với dây phân pha

+ Number of conductorin the bundle: số dây dẫn cùng 1 pha + Spacing: khoảng cách giữa hai dây liền kề

+ Angular position là góc của dây đầu tiên

Dữ liệu đầu vào cho module Cable Data bao gồm:

- Cable type: lựa chọn cấu hình cáp

+ Single core: cáp đơn lõi

Hình 2.6: Thông số yêu cầu cho cáp loại đơn lõi

 Number of cables: số lượng cáp

Trang 37

 Cable number: số thứ tự của cáp

 Number of conductors: số lượng thành phần kim loại dạng trụ đồng tâm có trong cáp

 Vertical distance: khoảng cách từ tâm cáp đến mặt đất (theo chiều dọc)

 Horizontal distance: khoảng cách theo chiều ngang từ tâm cáp đến vị trí quy định trước (theo chiều ngang)

 Outer insulation radius: bán kính ngoài cùng của cáp

+ Pipe type: cáp dạng ống

Hình 2.7: Thông số yêu cầu cho loại cáp dạng ống

 Number of cables, cable number, number of conductors, outer insulation radius tương tự như Single core

 Distance from center of pipe: khoảng cách tính từ tâm ống đến lõi dẫn điện

 Position angle: góc hợp bởi đưởng thẳng nối tâm ống đến tâm từng lõi dẫn điện với trục hoành

Hình 2.8: Dữ liệu cấu trúc bên trong cáp

 Inside radius: bán kính trong thành phần kim loại dạng hình trụ

 Outside Radius: bán kính ngoài thành phần kim loại dạng hình trụ

 Resistivity: điện trở suất của thành phần kim loại

 Relative permeability MUE: độ thẩm điện của các thành phần kim loại

 Insulator relative permittivity MUE-IN: độ từ thẩm của vỏ bọc cách điện

Trang 38

 Insulator relative permottivity EPS-IN: độ từ thẩm của vỏ bọc cách điện

 Insulator loss factor LFCT-IN: thành phần tổn thất của vỏ bọc cách điện

 Phase number KHP: thứ tự pha, nếu KHP = 0 tức là thành phần kim loại đang được nối đất

5.2 Máy biến áp

5.2.1 Máy biến áp 2 cuộn dây

Trong EMTP để biểu diễn máy biến áp có đặc tính từ hóa bão hòa, người ta dùng sơ đồ như sau:

Hình 2.9: Sơ đồ máy biến áp 2 cuộn dây có đặc tính từ hóa bão hòa

Trong đó:

- Mỗi cuộn dây thứ k (2÷n) có một điện kháng tản, được biểu diễn bằng điện trở Rk và điện cảm Lk Tất cả các điện kháng tản ngoại trừ L1 phải khác không

- Đặc tính từ hóa và dòng điện từ hóa được hiểu như là điện kháng phi tuyến một pha ở cuộn dây 1

- Tổn thất từ hóa như là hằng số, biểu diễn bằng điện trở tuyến tính Rmag

song song với nhánh từ hóa

Hình 2.10: Nhập các thông số vào module MBA 3 pha

Các thông số được nhập trong module MBA 3 pha:

Trang 39

+ Winding X: điện kháng cuộn dây (pu)

- Magnetization data: Dữ liệu đường cong từ hóa

5.2.2 Máy biến áp nối tam giác - sao

Trên thực tế ta thường gặp máy biến áp đấu tam giác Trong EMTP để mô phỏng loại biến áp này người ta dùng ba máy biến áp một pha bão hòa Nếu như cuộn sơ cấp đấu tam giác còn cuộn thứ cấp đấu sao trung tính nối đất thì có thể mô tả như sau:

Hình 2.11: Sơ đồ máy biến áp nối tam giác - sao

Trong đó R1 và L1 là tổng trở tản của cuộn sơ cấp (xem như giống nhau cho cả ba máy biến áp), R2 và L2 là thông số cuộn thứ cấp Nút "T1" là nút "BUSTOP" bên trong của máy biến áp một pha thứ nhất có các đầu cực là "TA" và "TB", tương ứng cuộn thứ cấp nối vào nút "SA" và đất

Một điểm cần lưu ý là phải có đường dẫn xuống đất cho phía nối tam giác: cuộn dây tam giác không tải là không cho phép, vì về mặt toán học, điện áp chỉ quyết định bởi một hằng số tự do Nếu như máy biến áp nối với đường dây truyền tải điện, khi đó điện dung của đường dây sẽ tạo đường dẫn với đất Như vậy việc nối cuộn dây tam giác với một hoặc một vài nguồn áp trực tiếp, nhưng thông thường thì cuộn tam giác nối cô lập

Trang 40

Hình 2.12: Nhập các thông số vào module MBA 3 pha – 3 cuộn dây

Các thông số được nhập trong module MBA 3 pha – 3 cuộn dây:

- Basic Data: thực hiện nhập các thông số trên 3 cuộn dây (winding1, winding 2, winding 3)

+ Nominal power: Công suất định mức (MVA) + Nominal frequency: tần số cơ bản (Hz)

+ Winding R: điện trở cuộn dây (ohm) + Winding X: điện kháng cuộn dây (ohm)

- Magnetization data: Dữ liệu đường cong từ hóa

5.3 Nguồn

Để mô phỏng mức quá điện áp và các giới hạn đối với thiết bị, nguồn của hệ thống được mô phỏng bởi điện áp không đổi sau trở kháng siêu quá độ Tỷ số X/R = 80 đối với các máy phát có công suất lớn hơn 100 MVA và X/R = 50 đối với các máy phát có công suất nhỏ hơn 50 MVA

Hình 2.13: Nguồn của hệ thống

Các thông số cơ bản được nhập cho module máy phát như sau: