mô hình hóa và mô phỏng thiết bị chống sét van trên lưới điện phân phối

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ CHÂU DUY KHÁNH MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG THIẾT BỊ CHỐNG SÉT VAN TRÊN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 605250 S K C0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 07/2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ CHÂU DUY KHÁNH MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG THIẾT BỊ CHỐNG SÉT VAN TRÊN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 605250 Tp Hồ Chí Minh, tháng 07/2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ CHÂU DUY KHÁNH MÔ HÌNH HOÁ VÀ MÔ PHỎNG THIẾT BỊ CHỐNG SÉT VAN TRÊN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – 60 52 50 Hướng dẫn khoa học: PGS TS QUYỀN HUY ÁNH Tp Hồ Chí Minh, tháng 07/2014 LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC Họ tên: Châu Duy Khánh Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 19/12/1979 Nơi sinh: An Giang Quê quán: An Giang Dân tộc: Kinh Chỗ riêng địa liên lạc: 169/40 Đường Thủ Khoa Nghĩa, Khóm 3, Phường Châu Phú A, Tp Châu Đốc, tỉnh An Giang Điện thoại: 0963 999 953 E-mail:chauduykhanhpcag@yahoo.com.vn II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO 2.1 Hệ đại học Hệ đào tạo: quy Thời gian đào tạo: 1998 đến 2003 Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM, 268 Lý Thường Kiệt, Quận 10, TP Hồ Chí Minh Ngành học: Hệ thống điện Tên đồ án, luận án môn thi tốt nghiệp: luận văn “Phòng chống sét trực tiếp lan truyền phương pháp đại” Người hướng dẫn: PGS TS Quyền Huy Ánh III QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Thời gian 05/2003 – 05/2004 05/2004 – 8/2005 Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Công ty Tư vấn thiết kế xây dựng ( New CC), Quận 10, Thành Kỹ sư: M&E Phố Hồ Chí Minh Phòng KHKT – Công ty Điện lực An Giang i Cán kỹ thuật 08/2005 – 12/2009 Điện lực Thành Phố Châu Đốc 2010 đến Điện lực Tịnh Biên Trưởng phòng KHKT Phó Giám Đốc ii BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc XÁC NHẬN CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Họ tên học viên: Châu Duy Khánh MSHV: 128520202033 Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện Khoá: 2012(B) – 2014 Tên đề tài: Mô hình hóa mô thiết bị chống sét van lưới điện phân phối Học viên hoàn thành LVTN theo yêu cầu nội dung hình thức (theo quy định) luận văn thạc sĩ Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2014 Giảng viên hướng dẫn (ký & ghi rõ họ tên) PGS, TS Quyền Huy Ánh LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan công trình nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2014 Người cam đoan Châu Duy Khánh iii LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn thầy PGS, TS Quyền Huy Ánh tận tình hướng dẫn hoàn thành luận văn Chân thành cảm ơn quí thầy, quí cô Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM quí thầy, quí cô Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM giảng dạy suốt hai năm học Và cuối cùng, xin chân thành cảm ơn gia đình, đồng nghiệp bạn bè động viên suốt trình học tập iv TÓM TẮT Luận văn “ Mô hình hóa mô thiết bị chống sét van lưới điện phân phối” sâu vào nghiên cứu mô hình chống sét van dạng Metal - Oxide lưới phân phối Chống sét van dạng Metal - Oxide dùng để bảo vệ điện áp sét xung đóng cắt lưới phân phối Từ mô hình nghiên cứu, đưa mô hình đơn giản mô hình mô với chương trình Matlab thông qua công cụ mô phỏng; cần thiết nhằm thực nghiên cứu phối hợp cách điện hệ thống Các thông số cung cấp catalogue nhà sản xuất đưa vào mô hình chống sét van dạng Metal- Oxide, mô hình cho kết phù hợp với hành vi thiết bị chống sét van thực tế với cấp điện áp khác nhà sản xuất khác Tính hiệu kiểm tra số chống sét van nhà sản xuất khác Để thử nghiệm mô hình, mô hình nguồn phát xung dòng nguồn phát xung áp tiêu chuẩn xây dựng Mô hình thiết bị chống sét van nhận sét cảm ứng từ ngõ mô hình nguồn phát xung sét tiêu chuẩn để đo thử, đáp ứng thử nghiệm so sánh với nhiều nhà sản xuất khác Luận văn mong muốn cung cấp công cụ mô hữu ích với phần mềm thông dụng Matlab cho nhà nghiên cứu, kỹ sư, sinh viên… việc nghiên cứu hành vi đáp ứng thiết bị chống sét lưới điện phân phối điều kiện đo thử thực tế v ABSTRACT The thesis “Modeling and simulation of Metal - Oxide surge arrester in medium voltage electric distribution system” studies on the model of medium-voltage MetalOxide surge arrester of the electrical distribution system Metal - Oxide surge arrester is used to protect the devices against the overvoltage caused by lightning and switching pulses in the electrical distribution systems Based on the research results, a simplified model is proposed and implemented by the Matlab/Simulink in order to the essential studies of the insulation coordination in the power system The parameters of the Metal - Oxide surge arrester listed in the data sheets of the manufacturers which have been used for simulation, give the results of its behaviors similarly to those of the real device in the different voltage classes and from the various manufacturers The effectiveness of the model has been verified, based on several arresters of the different manufacturers To test this model, the standard models of the generator of the current and voltage pulses have been established The model of the metal- oxide surge arrester will withstand an induced lightning from the output of the current pulse generator, the resulted responses will be tested and compared with those of the different manufacturers The thesis is expected to support a useful simulation tool for researchers, engineers, students and ect, thanks to the popular Matlab program in studying the behaviors and responses of surge arrester in the electric distribution system without without being able to measure in practical conditions vi 5.3.1.2 Vị trí sét đánh cách nguồn 10km Hình 5.7: Tín hiệu nguồn xung dòng phía nguồn chưa lắp đặt SA Hình 5.8: Tín hiệu nguồn xung dòng phía nguồn lắp đặt SA 91 Hình 5.9: Tín hiệu nguồn xung dòng phía tải chưa lắp đặt SA Hình 5.10: Tín hiệu nguồn xung dòng phía tải lắp đặt SA 92 5.3.1.3 Vị trí sét đánh cách nguồn 1km Hình 5.11: Tín hiệu nguồn xung dòng phía nguồn chưa lắp đặt SA Hình 5.12: Tín hiệu nguồn xung dòng phía nguồn lắp đặt SA 93 Hình 5.13: Tín hiệu nguồn xung dòng phía tải chưa lắp đặt SA Hình 5.14: Tín hiệu nguồn xung dòng phía tải lắp đặt SA 94 Hình 5.15: Tín hiệu nguồn áp chưa lắp đặt SA Hình 5.16: Tín hiệu nguồn áp lắp đặt SA 95 Nhận xét kết mô  Về dòng điện: dựa vào dạng sóng kết mô dòng điện, nhận thấy có bảo vệ SA, dòng sét SA đưa xuống đất gần hoàn toàn, nhiễu sóng dòng điện pha B C xuất cảm ứng từ pha A(pha bị sét đánh trúng) Như mục đích chống dòng sét lan truyền đường dây lắp đặt SA thành công yêu cầu đặt  Về điện áp: qua phân tích dạng sóng điện áp có xuất SA đưa đến kết luận việc lắp đặt SA với mục đích chống áp cho thiết bị cần bảo vệ thành công Điện áp đặt thiết bị không bị vọt lố điện áp cấp bảo vệ (22kV thiết kế SA)  Qua ba trường hợp mô với vị trí sét đánh khác trên, nhận thấy với việc lắp đặt SA hai đầu đường dây phân phối ta loại bỏ hoàn toàn tác hại dòng sét lan truyền đường dây Vị trí sét đánh không ảnh hưởng nhiều đến thiết bi bảo vệ SA 5.3.2 Sét đánh phạm vi bảo vệ SA 5.3.2.1 Sét đánh phía tải 5.3.2.1.1 Mô hình mô u3 i3 u1 i1 i4 u2 i2 u4 truong hop dat sai SA phia phu tai Conn1 current surge A A a A a A B B b B b C C c C c A B B C C a A B B B b C C C c B VOM A A a A B B B b B C C C c C Three-Phase PI Section Line2 Out3 Out2 SA2 Out1 Out3 Out2 A Three-Phase PI Section Line3 SA1 Out1 A C Three-Phase PI Section Line1 A B VOM C VOM A Three-Phase Source A Continuous pow ergui Hình 5.17: Mô hình mô phía tải không bảo vệ SA 96 VOM 5.3.2.1.2 Kết mô Hình 5.18: Tín hiệu nguồn xung áp phía tải SA không bảo vệ Hình 5.19: Tín hiệu nguồn xung dòng phía tải 97 Hình 5.20: Tín hiệu nguồn xung áp phía nguồn Hình 5.21: Tín hiệu nguồn xung dòng phía nguồn 98 5.3.2.2 Sét đánh phía nguồn 5.3.2.2.1 Mô hình mô i3 u3 i4 u4 truong hop dat sai SA phia nguon i1 u1 i2 u2 Conn1 current surge A A a A A A a A A A A A a A a A B B b B B B b B B B B B b B b B C C c C C C c C C C C C c C c C VOM VOM B Three-Phase PI Section Line3 C Three-Phase PI Section Line1 A VOM B Three-Phase PI Section Line2 C VOM A Three-Phase Source Out3 Out2 SA2 Out1 Out3 Out2 Out1 SA1 Continuous pow ergui Hình 5.22: Mô hình mô sét đánh phía nguồn SA bảo vệ 5.3.2.2.2 Kết mô Hình 5.20: Mô hình mô sét đánh phía nguồn khôn có SA bảo vệ Hình 5.23: Tín hiệu nguồn xung áp SA bảo vệ 99 Hình 5.24: Tín hiệu nguồn xung áp SA bảo vệ Hình 5.25: Tín hiệu nguồn xung áp phía tải có SA bảo vệ 100 Hình 5.26: Tín hiệu nguồn xung dòng phía tải có SA bảo vệ Nhận xét kết mô  Nhận xét dòng điện: phần dòng điện, bị sét đánh vào phần nằm phạm vị bảo vệ SA, nhiên lan truyền dòng xung sét hai hướng nên phần lớn dòng điện xung sét SA hấp thụ đưa xuống đất ta thấy hình phần xung sét lan truyền phía thiết bị không bảo vệ không lớn thiết bị chịu đựng khoảng thời gian ngắn trường hợp khác hoàn toàn với việc SA bảo vệ lưới, lúc đó, tất xung sét truyền hết vào thiết bị làm hư thiết bị dòng điện  Nhận xét điện áp: qua kết mô thu trên, dòng sét đánh vào phần thiết bị nằm khoảng bảo vệ SA điện áp đặt thiết bị bị vọt lố nhanh lớn ( gấp 10 lần cấp điện áp hoạt động lưới) với cấp điện áp thiết bị bị đánh thủng cách điện dẫn đến cố điện khác hư hỏng cách điện gây ( ngắn mạch…) Như vậy, trường hợp thiết bị đặt vùng bảo vệ SA bị sét đánh vào đường dây phân phối làm hỏng thiết bị, lúc SA bị tác dụng hoàn toàn  Từ trường hợp mô việc sét đánh vào vùng nằm phạm vi bảo vệ SA, nhận xét rút lắp đặt SA để bảo vệ chống sét đánh vào lưới điện phân phối ta phải lắp đặt vị trí gần thiết bị xác xuất sét đánh đường dây lường trước 101 Chương KẾT LUẬN 6.1 Kết luận Cấu tạo, nguyên lý hoạt động phương pháp lựa chọn chống sét van lưới điện phân phối nghiên cứu, trình bày đầy đủ Ngoài ra, mô hình toán mô tả đặc tính làm việc chống sét van nhà nghiên cứu giới giới thiệu đánh giá tương đối chi tiết Các kiến thức phục vụ tốt cho nhu cầu tìm hiểu, nghiên cứu kỹ sư, sinh viên ngành kỹ thuật điện Mô hình toán máy phát xung sét tiêu chuẩn nguồn xung có đầu sóng tăng nhanh (dạng không chu kỳ) xây dựng thành thư viện nguồn phát xung dòng/áp tiêu chuẩn, tiện lợi cho việc đánh giá kiểm tra đáp ứng chống sét van cấp phân phối Ngoài ra, chúng dùng dạng nguồn đặc biệt sử dụng lĩnh vực nghiên cứu khác Mô hình chống sét van trung cấp phân phối xây dựng đánh giá độ xác dựa vào thông số kỹ thuật Catalogue nhà sản xuất khác với cấp điện áp khác Mô hình tạo hộp giao diện lưu vào thư viện riêng thuận lợi việc mô phỏng, giống phần tử khác Matlab Kết nghiên cứu sử dụng cho việc nghiên cứu phối hợp cách điện, thiết kế lắp đặt thiết bị chống sét van lưới điện phân phối 6.2 Hướng phát triển tương lai Mở rộng phạm vi ứng dụng mô hình chống sét van cách nghiên cứu lập mô hình thiết bị chống sét van lưới cao thế, với đặc tính kỹ thuật phức tạp hơn, có xét đến ảnh hưởng nhiệt độ, môi trường xung quanh tác động: vùng có nhiều bụi, vùng nhiễm mặn… Thực mô hình mô nghiên cứu đáp ứng chống sét van lưới điện cao có điện áp xảy vị trí khác hệ thống điện 102 TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT PGS, TS Quyền Huy Ánh, giáo trình “Mô hình hóa mô phỏng” TS Hoàng Việt, “ Kỹ thuật điện cao áp” phần TP.HCM 2001 TS Hồ Văn Nhật Chương, “Đo lường Xung Điện Áp Cao”, NXB ĐHQG TP.HCM 2001 Chuyên đề “Lựa Chọn Chống Sét Lưới Phân Phối”, Ths Huỳnh Bá Minh, EVN 2003 Hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp “ Kỹ thuật điện cao áp “ , tác giả Nguyễn Minh Chước – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Tiêu chuẩn chống sét cho công trình xây dựng – TCXDVN 46: 2007 Tiêu chuẩn chống sét quốc gia Pháp – NFC 17-102-7/1995 Tiêu chuẩn chống sét quốc gia Úc NewZealand – NZS/AS 1768-1991 tiêu chuẩn chống sét công trình viễn thông – TCN 68 – 135 – 1995 Tổng cục bưu điện 10 Cooper Power System, người dịch: Huỳnh Bá Minh, Lê Văn Tâm, “Bảo vệ hệ thống điện phân phối” 11 Siemens, người dịch: Huỳnh Bá Minh, “Thiết bị đóng cắt trung áp” 12 Nguyễn Phùng Quang, “Matlab Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động”, NXB KHKT, Hà Nội_2004 13 Catalogue hướng dẫn sử dụng chống sét van hãng: GE, ABB, COOPER, SIEMENS, ELPRO, OHIO-BRASS TIẾNG NƯỚC NGOÀI 14 The Mathworks, Inc, User’s Guide, “Power System Blockset” for Use with SIMULINK, 1984-1999 15 Daniel W Durbak, “Surge Arrester Modeling”, Power Technologies, Schenectady, New York 16 Ikmo Kim, Toshihisa Funabashi, Haruo Sasaki, Toyohisa Hagiwara, Misao Kobayashi, “Study of ZnO arrester model for steep front wave”, IEEE Transactions on Power Delivery Vol.11, No.2, April 1996, pp 834-841 103 17 W Schmidt, J Meppelink, B Richter, “Behaviour of MO-surge-Arrester Blocks to Fast Transients”, IEEE Transactions on Power Delivery Vol.4, No.1, January 1989, pp 292-300 18 IEEE Working group 3.4.11, “Modeling of metal oxide surge arresters”, IEEE Transactions on Power Delivery Vol.7, No.1, Jan 1992, pp 302- 309 19 K P Mardira, T K Saha, “A Simplified lightning Model For Metal Oxide Surge Arrester”, The University of Queensland, Australia 20 F Fernández, R Díaz, “Metal-oxide surge arrester model for fast transient simulation” International conference on power system transients, IPST’01, 2024 June 2001, pp 144 21 IEEE surge protective devices committee report, “Bibliography of metal oxide surge arresters, 1980-1989”, IEEE Transactions on Power Delivery Vol.8, No.3, July 1991, pp 1000-1034 22 The Mathworks, Inc, “Using Simulink _Version 4”, 1990-2000 104 S K L 0