Nghiên cứu quá trình quá độ trên lưới điện cao thế khi đóng cắt tụ bù ngang tại trạm biến áp 220kv sóc sơn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐẠI NAM NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH QUÁ ĐỘ TRÊN LƯỚI ĐIỆN CAO THẾ KHI ĐÓNG CẮT TỤ BÙ NGANG TẠI TRẠM BIẾN ÁP 220kV SÓC SƠN LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN Hà Nội – Năm 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐẠI NAM NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH QUÁ ĐỘ TRÊN LƯỚI ĐIỆN CAO THẾ KHI ĐÓNG CẮT TỤ BÙ NGANG TẠI TRẠM BIẾN ÁP 220kV SÓC SƠN LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS LÊ ĐỨC TÙNG Hà Nội – Năm 2016 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật GVHD : TS Lê Đức Tùng MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU CHƯƠNG : TỔNG QUAN VỀ TỤ BÙ NGANG TRONG LƯỚI ĐIỆN CAO THẾ 1.1 Vai trò tụ bù ngang lưới điện cao 1.1.1 Cung cấp công suất phản kháng 10 1.1.2 Điều khiển điện áp 10 1.1.3 Tăng khả tải hệ thống 11 1.1.4 Giảm tổn thất công suất hệ thống 12 1.1.5 Giảm gánh nặng công suất nói chung 12 1.2 Các phương pháp lắp đặt tụ bù ngang 12 1.2.1 Các kiểu điều khiển dùng cho tụ bù ngang đóng cắt 13 1.2.2 Các kiểu đấu nối tụ bù ngang ba pha 13 1.2.3 Thiết bị bù tĩnh điều khiển thyristor (SVC – Static Var Compensator) 14 1.3 Giới thiệu tụ bù ngang đặt trạm biến áp 220kV Sóc Sơn 15 1.4 Kết luận 18 CHƯƠNG : CÁC QUÁ TRÌNH QUÁ ĐỘ XẢY RA KHI ĐÓNG CẮT TỤ BÙ NGANG 19 2.1 Cơ sở lý thuyết trình độ đóng cắt tụ điện độc lập 19 2.2 Hiện tượng xảy đóng cắt tụ bù ngang 21 2.2.1 Đóng điện cho tụ bù ngang độc lập 21 Đại Nam Luận văn thạc sĩ kỹ thuật GVHD : TS Lê Đức Tùng 2.2.2 Trường hợp xảy điện áp động học 22 2.2.3 Trường hợp có khuếch đại điện áp 23 2.2.4 Quá điện áp pha – pha 24 2.2.5 Trường hợp phóng điện trước xảy thiết bị chuyển mạch 24 2.2.6 Trường hợp xảy đóng cắt tụ bù ngang ghép song song 25 2.2.7 Phóng điện trở lại tụ bù ngang 25 2.3 Một số phương pháp hạn chế điện áp gây trình đóng cắt tụ bù ngang lưới điện cao 26 2.3.1 Sử dụng điện trở đặt trước để làm giảm biên độ điện áp dòng điện tràn 26 2.3.2 Sử dụng điện cảm đặt trước điện cảm cố định để làm giảm biên độ điện áp dòng điện tràn 29 Ảnh hưởng việc chuyển mạch tụ bù ngang tới lưới điện cao 2.4 biện pháp hạn chế điện áp 30 CHƯƠNG MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH QUÁ ĐỘ KHI THAO TÁC CHUYỂN MẠCH TỤ BÙ NGANG TẠI TRẠM BIẾN ÁP 220KV SÓC SƠN BẰNG PHẦN MỀM ATP-EMTP 32 3.1 Giới thiệu chương trình ATP-EMTP 32 3.1.1 Ứng dụng chương trình 32 3.1.2 Kết hợp modules tính toán ATP 33 3.2 Mô trình chuyển mạch tụ bù hệ thống điện thực phần mềm ATP-EMTP 34 3.2.1 Đặc điểm hệ thống mô 34 3.2.2 Nhập số liệu phần tử hệ thống điện ví dụ mô 37 3.2.2.1 Nguồn điện 37 3.2.2.2 Đường dây 38 Đại Nam Luận văn thạc sĩ kỹ thuật GVHD : TS Lê Đức Tùng 3.2.2.3 Máy biến áp AT1, AT2 39 3.2.2.4 Bộ tụ bù ngang 40 3.2.2.5 Phụ tải 41 3.2.3 Kết tính toán, mô 42 3.2.3.1 Tính toán, mô trình đóng tụ bù 42 a Đóng tụ trực tiếp 42 b Đóng máy cắt qua cuộn kháng 53 c Đóng máy cắt qua điện trở 57 d Tách cuộn kháng sau đóng máy cắt 65 e Tách điện trở sau đóng máy cắt 69 3.2.3.2 Tính toán, mô trình cắt tụ bù ngang 73 3.3.Đánh giá, nhận xét kết tính toán mô 77 3.3.1 Đóng máy cắt trực tiếp tụ bù ngang 77 3.3.2 Đóng máy cắt tụ bù ngang thông qua cuộn kháng điện trở 78 3.3.2.1 Đóng cuộn kháng điện trở cố định 78 3.3.2.2 Tách cuộn kháng điện trở sau đóng máy cắt tụ 79 3.3.3 Quá trình cắt tụ 80 KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO 83 Đại Nam Luận văn thạc sĩ kỹ thuật GVHD : TS Lê Đức Tùng LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn riêng Nội dung, số liệu tập hợp từ nhiều nguồn khác Thuyết minh, mô kết tính toán thân thực Hà Nội, ngày 10 tháng 04 năm 2016 Đại Nam Khóa CH2014B Đại Nam Luận văn thạc sĩ kỹ thuật GVHD : TS Lê Đức Tùng LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo, cô giáo Bộ môn Hệ Thống Điện trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, cán công nhân viên thuộc Trạm biến áp 220kV Sóc Sơn bạn bè, đồng nghiệp giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho thực hoàn thành luận văn Đặc biệt xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo TS Lê Đức Tùng – thầy tận tình quan tâm hướng dẫn giúp đỡ xây dựng hoàn thành luận văn Vì thời gian kiến thức hạn chế nên luận văn tránh khỏi nhiều thiếu sót, mong nhận góp ý thầy cô, bạn bè đồng nghiệp để luận văn ngày hoàn thiện Tôi xin chân thành cảm ơn! Đại Nam Luận văn thạc sĩ kỹ thuật GVHD : TS Lê Đức Tùng DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Bảng tóm tắt lợi ích ứng dụng tụ bù ngang Bảng 1.2 Thông số bình tụ Bảng 1.3 Thông số tổ hợp dàn tụ ( pha ) Bảng 1.4 Thông số bình Bảng 3.1 Bảng giá trị điện áp dòng điện trường hợp đóng tụ trực tiếp trị số điện áp tức thời pha A cực đại Đại Nam Luận văn thạc sĩ kỹ thuật GVHD : TS Lê Đức Tùng DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Cấu tạo nguyên lý hoạt động SVC Hình 2.1 Sơ đồ biểu diễn đóng cắt tụ điện độc lập vào hệ thống Hình 2.2 Mạch tương đương cho trường hợp nạp điện nguồn cảm ứng chu kì Hình 2.3 Sơ đồ hệ thống xảy điện áp động học Hình 2.4 Bộ tụ đóng vào nguồn điện cao Hình 2.5 Hệ thống mô tả điện áp tụ đóng cắt tụ Hình 2.6 Điện áp tụ đóng cắt tụ thời điểm t=0,02s Hình 2.7 Dòng điện tràn qua tụ đóng cắt tụ thời điểm t=0,02s Hình 2.8 Hệ thống mô tả đóng cắt tụ điện có điện trở đặt trước Hình 2.9 Điện áp tụ điện có điện trở đặt trước Hình 2.10 Dòng điện tràn qua tụ điện có điện trở đặt trước Hình 2.11 Hệ thống mô tả đóng cắt tụ điện có điện cảm đặt trước Hình 2.12 Điện áp tụ điện có điện cảm đặt trước Hình 2.13 Dòng điện tràn qua tụ điện có điện cảm đặt trước Hình 3.1 Tổng quan modules ATP-EMTP Hình 3.2 Sơ đồ sợi trạm biến áp 220kV Sóc Sơn Hình 3.3 Mô hình nhập số liệu cho nguồn điện AC pha Hình 3.4 Mô hình nhập số liệu cho đường dây Hình 3.5 Mô hình nhập số liệu cho máy biến áp AT1, AT2 Hình 3.6 Mô hình nhập số liệu cho tụ bù ngang Hình 3.7 Mô hình nhập số liệu cho phụ tải Hình 3.8 Mô hình thay trạm biến áp 220kV Sóc Sơn Đại Nam Luận văn thạc sĩ kỹ thuật GVHD : TS Lê Đức Tùng MỞ ĐẦU Việc thao tác đóng cắt tụ bù ngang thao tác thường xuyên lưới điện, trình thao tác gây ảnh hưởng đến vận hành lưới điện có vấn đề điện áp Để giữ ổn định điện áp nút điện áp, người ta đặt tụ bù ngang nút Do việc nghiên cứu trình độ đóng cắt tụ bù ngang tượng điện áp gây trình cần thiết việc thiết kế lắp đặt vận hành tụ bù ngang lưới điện cao Mục đích nghiên cứu đề tài tác giả đưa cho người đọc số tượng trình độ giải pháp thiết kế lắp đặt thiết bị hỗ trợ làm giảm, hạn chế tượng độ phương pháp đóng cắt tụ bù ngang khác phần mềm mô ATP-EMTP, từ đưa nhận xét, đánh giá kiến nghị Trong luận văn này, đối tượng tác giả chọn để nghiên cứu trình đóng cắt máy cắt tụ bù ngang trạm biến áp 220kV Sóc Sơn thuộc Công ty truyền tải điện – Tổng công ty truyền tải điện quốc gia Kết nghiên cứu đề tài dùng làm tài liệu tham khảo, phần kết sử dụng vào thực tế, từ tư vấn cho đơn vị sử dụng phương pháp làm giảm thiểu ảnh hưởng trình thao tác như: chọn thời điểm đóng cắt, trở đóng cắt, nhiên kết nghiên cứu đơn giản lược bỏ nhiều yếu tố, sơ đồ mô tả trạm đơn giản ( sơ đồ đơn ko nhiều cái, bỏ qua điện dung đường dây truyền tải điện dung ) Nội dung luận văn trình bày chương : Chương : Tổng quan tụ bù ngang lưới điện cao Chương : Các trình độ xảy đóng cắt tụ bù ngang Chương : Mô trình độ thao tác chuyển mạch tụ bù ngang trạm biến áp 220kV Sóc Sơn phần mềm ATP-EMTP Đại Nam Luận văn thạc sĩ kỹ thuật GVHD : TS Lê Đức Tùng - Điện áp 110kV pha A dòng điện qua máy cắt tụ pha A Nhận xét : Điện áp pha dao động không đáng kể Dòng điện pha thay đổi nhiều e Tách điện trở sau đóng máy cắt Máy cắt đóng thời điểm 0,1s tách cuộn kháng 0,3s Điện trở đóng vào tụ điện có trị số 20Ω Đại Nam 69 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật GVHD : TS Lê Đức Tùng - Điện áp 220kV Đại Nam 70 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật GVHD : TS Lê Đức Tùng - Điện áp 110kV Đại Nam 71 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật GVHD : TS Lê Đức Tùng - Dòng điện qua máy cắt tụ Đại Nam 72 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật GVHD : TS Lê Đức Tùng - Điện áp 110kV pha A dòng điện qua máy cắt tụ pha A 3.2.3.2 Tính toán, mô trình cắt tụ bù ngang Cắt tụ trực tiếp hay qua cuộn kháng, điện trở, phụ tải giá trị 221,05MW hay 300MW thời điểm (ví dụ, chọn thời điểm cắt 0,2s) điện áp 220kV, 110kV dao động mạnh, gây ảnh hưởng nặng nề đến hệ thống nên tác giả xét trường hợp cắt máy cắt tụ trực tiếp phụ tải có giá trị 221,05MW Đại Nam 73 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật GVHD : TS Lê Đức Tùng - Điện áp 220kV Đại Nam 74 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật GVHD : TS Lê Đức Tùng - Điện áp 110kV Đại Nam 75 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật GVHD : TS Lê Đức Tùng - Dòng điện qua máy cắt tụ Đại Nam 76 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật GVHD : TS Lê Đức Tùng 3.3.Đánh giá, nhận xét kết tính toán mô 3.3.1 Đóng máy cắt trực tiếp tụ bù ngang - Điện áp 220kV dòng điện qua máy cắt đóng máy cắt tụ thời điểm trị số điện áp tức thời pha A đạt cực đại : - Điện áp 220kV dòng điện qua máy cắt đóng máy cắt tụ thời điểm trị số điện áp tức thời pha A không : Nhận xét : Khi cắt máy cắt thời điểm trị số điện áp tức thời pha A đạt cực đại (t=0,1s), điện áp pha A dao động mạnh khoảng chu kỳ với xung dao động lớn Biên độ điện áp pha A 220kV UA=262,47kV tăng gấp 1,4 lần so với xác lập UA=187,405kV.Dòng điện pha A có dao động lớn tiến tới ổn định khoảng thời gian ngắn (sau 0,1s).Khi cắt máy cắt thời điểm trị số điện áp tức thời pha A qua “0” (t=0,1022s), điện áp pha A dao động khoảng chu kỳ với biên độ không khác nhiều so với xác lập Ta nên chọn thời điểm đóng cắt máy Đại Nam 77 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật GVHD : TS Lê Đức Tùng cắt tụ bù ngang thời điểm điện áp qua giá trị “0” để giảm biên độ, thời gian dao động dòng điện qua máy cắt điện áp 3.3.2 Đóng máy cắt tụ bù ngang thông qua cuộn kháng điện trở 3.3.2.1 Đóng cuộn kháng điện trở cố định Điện áp 220kV dòng điện qua máy cắt pha A đóng máy cắt tụ bù ngang thông qua cuộn kháng : Điện áp 220kV dòng điện qua máy cắt pha A đóng máy cắt tụ bù ngang thông qua điện trở : Nhận xét : So với trường hơp đóng máy cắt tụ trực tiếp, đóng máy cắt tụ thông qua cuộn kháng điện áp gần dao động, dòng điện độ qua máy cắt giảm đáng kể xung dao động dòng điện nhiều Điện áp dòng điện pha A đóng máy cắt qua cuộn kháng bằng: UA=191,183kV, IA= 1,617kA; thời gian dòng điện trở trạng thái xác lập khoảng Đại Nam 78 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật GVHD : TS Lê Đức Tùng 0,3s so với thời điểm đóng.Điện áp dòng điện pha A đóng máy cắt qua điện trở bằng: UA=231,48kV, IA= 2,074kA; dòng điện xác lập sau chu kỳ.Nếu đóng máy cắt qua điện trở biên độ dao động điện áp dòng điện cao so với đóng máy cắt qua cuộn kháng xung dao động điện áp dòng điện giảm nhiều, điện áp dòng điện nhanh chóng trở trạng thái xác lập 3.3.2.2 Tách cuộn kháng điện trở sau đóng máy cắt tụ Điện áp 220kV dòng điện qua máy cắt pha A trường hợp tách cuộn kháng sau đóng máy cắt tụ bù ngang : Điện áp 220kV dòng điện qua máy cắt pha A trường hợp tách điện trở sau đóng máy cắt tụ bù ngang : Nhận xét : Việc nối tắt cuộn kháng hay điện trở không làm thay đổi chất lượng điện áp dòng điện qua máy cắt sau đóng máy cắt tụ bù ngang có Đại Nam 79 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật GVHD : TS Lê Đức Tùng thể giảm tổn thất công suất phản kháng công suất tác dụng phần tử quãng thời gian vận hành không cuộn kháng, điện trở.Nhưng xảy cố ngắn mạch dòng điện qua máy cắt tụ lơn hơn, gây nguy hiểm cho máy cắt tụ bù 3.3.3 Quá trình cắt tụ Điện áp 220kV dòng điện qua máy cắt pha A trường hợp thao tác cắt máy cắt tụ bù ngang : Đại Nam 80 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật GVHD : TS Lê Đức Tùng Nhận xét : Điện áp có dao động biên độ dao động nhỏ, dòng điện độ qua máy cắt giữ ổn định trước đạt giá trị từ thời điểm 0,2s trở Đại Nam 81 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật GVHD : TS Lê Đức Tùng KẾT LUẬN CHUNG VÀ KIẾN NGHỊ Tụ bù ngang có vai trò quan trọng hệ thống điện, lắp đặt tụ làm tăng khả tải hệ thống, giảm tổn thất công suất điện hệ thống, tăng điện áp hệ thống, tăng tính ổn định tĩnh hệ thống mà đấu nối Đối với hệ thống máy cắt tụ bù ngang trạm biến áp 220kV Sóc Sơn nên lắp thêm điều khiển lựa chọn thời gian đóng cắt Các phương pháp sử dụng điện trở đặt trước, điện kháng đặt trước điện kháng cố định phương pháp hiệu việc hạn chế điện áp gây trình đóng cắt tụ bù Trong : + đóng máy cắt tụ bù ngang thông qua điện kháng để giảm biên độ dao động độ điện áp góp dòng điện qua máy cắt tụ + đóng máy cắt tụ bù ngang thông qua điện trở để giảm biên độ lượng xung dao động độ điện áp góp dòng điện qua máy cắt tụ, giúp hệ thống sớm trở trạng thái xác lập Tách cuộn kháng, điện trở lại sau đóng máy cắt tụ bù ngang để giảm tổn thất công suất phần tử Một phần kết sử dụng vào thực tế, tùy thuộc vào trạng, đặc tính kỹ thuật điều kiện kinh tế để tư vấn cho đơn vị sử dụng phương pháp phù hợp làm giảm thiểu ảnh hưởng trình thao tác : chọn thời điểm đóng cắt hay chọn trở đóng cắt ( ví dụ trường hợp lắp điện kháng đặt trước cố định gây tượng cộng hượng điện tần số đó) Đại Nam 82 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật GVHD : TS Lê Đức Tùng TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Lã Văn Út : “ Bài giảng thiết bị bù tĩnh có điều khiển ứng dụng hệ thống điện” – Hà Nội 2005 Trần Bách (2000) : “Lưới điện hệ thống điện” – NXB khoa học kỹ thuật, Hà Nội Võ Viết Đạn (1972) : “Giáo trình kỹ thuật điện cao áp” – NXB ĐHBK Hà Nội Tiếng Anh R.P O’leary & R.H Harner (1998) : Evaluation of methods for controlling the overvoltage proceduced by the energization of a shunt capacitor bank, p1-12 Thomas E.Grebe, Capacitor Switching and its Impact on power quality, Prepared on request of CIGRE 36.05/CIRED (Voltage quality) Lou van der Sluis (2001) , Transient in power system, John Wiley & Sons Ltd IEEE Std 1036-1992, IEEE Guide for Application of Shun power capacitor, Transmission and Distribution commitee of the IEEE power engineering society Leuven EMTP center (1990), Alternative transient program – Rule book H.W Dommel (1986), EMTP theory book, Boneville power administration Đại Nam 83 ... CHNG : TNG QUAN V T B NGANG TRONG LI IN CAO TH 1.1 Vai trũ ca t bự ngang li in cao th 1.1.1 Cung cp cụng sut phn khỏng 10 1.1.2 iu khin in ỏp 10 1.1.3... 1.2 Cỏc phng phỏp lp t t bự ngang 12 1.2.1 Cỏc kiu iu khin dựng cho t bự ngang úng ct 13 1.2.2 Cỏc kiu u ni b t bự ngang ba pha 13 1.2.3 Thit b bự tnh iu khin bng thyristor (SVC Static... nh hng ca vic chuyn mch t bự ngang ti li in cao 2.4 th v cỏc bin phỏp hn ch quỏ in ỏp 30 CHNG Mễ PHNG QU TRèNH QU KHI THAO TC CHUYN MCH T B NGANG TI TRM BIN P 220KV SểC SN BNG PHN MM ATP-EMTP