Nghiên cứu sử dụng chống sét van để hạn chế quá điện áp nội bộ trên các đường dây siêu cao áp

B GIO DC V O TO TRNG I HC BCH KHOA H NI - LUN VN THC S KHOA HC NGNH : MNG V H THNG IN NGHIấN CU S DNG CHNG SẫT VAN HN CH QU IN P NI B TRấN CC NG DY SIấU CAO P NGUYN HONG VIT Ngi hng dn khoa hc : TS NGUYN TH MINH CHC H Ni - 2009 Mục lục Mục lục Danh mục bảng Danh mục hình vẽ đồ thị Lời mở đầu Chơng 1: tổng quan điện áp nội 1.1 Khái niệm chung 1.2 Nguyên nhân phát sinh điện áp nội 1.3 Các dạng điện áp nội hệ thống điện 1.4 Cơ sở phơng pháp nghiên cứu địên áp đờng dây tải điện 1.5 Một số phơng pháp hạn chế điện áp nội 1.6 Kết luận Chơng 2: Khảo sát điện áp đóng đờng dây không Trang 7 18 21 24 tải 26 2.1 Mô hình hệ phơng trình dòng, áp đóng đờng dây không tải 2.2 Mô hình đơn giản hoá đóng đờng dây không tải 2.3 Kết luận Chơng 3: Chơng trình mô trình độ điện từ 26 30 33 hệ thống điện AtP/Emtp 3.1 Giới thiệu chung chơng trình ATP/EMTP 3.2 Xác suất xuất điện áp thao tác ATP/EMTP 3.3 Một số điểm cần ý sử dụng chơng trình ATP/EMTP 3.4 Kết luận Chơng 4: Sử dụng chống sét van để hạn chế điện áp nội 4.1 Giới thiệu chung chống sét van 4.2 Mô đóng đờng dây không tải chơng trình ATP/EMTP 4.3 Mô dùng chống sét van để hạn chế điện áp nội chơng trình ATP/EMTP Kết luận chung Tài liệu tham khảo Phụ lục Tóm tắt luận văn 34 34 49 51 51 52 52 56 76 83 85 Học viên: Nguyễn Hoàng Việt Lớp Cao học KTĐ 2007 - 2009 Chơng 1: Tổng quan điện áp nội Chơng Tổng quan điện áp nội 1.1 Khái niệm chung: Quá điện áp tất nhiễu loạn xếp chồng lên điện áp làm việc mạng điện [7] Quá điện áp gồm hai loại: điện áp khí (quá điện áp sét) điện áp nội Trong luận văn này, ngời viết tập trung nghiên cứu điện áp nội bộ, không đề cập tới điện áp khí quyển, nên cụm từ điện áp nói đợc hiểu điện áp nội Quá điện áp nội xuất có thay đổi đột ngột cấu trúc lới điện Điều thể xuất sóng điện áp chuỗi sóng cao tần không tuần hoàn dao động tắt dần Trị số điện áp đại lợng ngẫu nhiên mang tính thống kê Quá điện áp nội phụ thuộc vào dạng thao tác, đặc tính mạng điện, thiết bị đóng cắt thời điểm đóng cắt Chính vậy, lặp lại nhiều lần thao tác, lần đóng cắt xuất điện áp khác Quá điện áp có ảnh hởng lớn đến độ bền cách điện phần tử nh toàn hệ thống điện lới điện siêu cao áp cực cao áp điện áp nội trở thành nguy số cách điện hệ thống điện điện áp cao độ dự trữ an toàn cách điện thấp Bảng 1.1 cho trị số tính toán điện áp nội (biểu thị theo đơn vị tơng đối p.u), số liệu sở để tính toán thiết kế cách điện [7] Bảng 1.1: Trị số điện áp nội Điện áp định mức (kV) Quá điện áp nội tính toán (p.u) 110ữ220 330 500 750 1050 2,7 2,5 2,1 1,8 Học viên: Nguyễn Hoàng Việt Lớp Cao học KTĐ 2007 - 2009 Chơng 1: Tổng quan điện áp nội Trong nhiều trờng hợp thực tế, điện áp nội vợt giới hạn thiết kế nêu trên, hệ thống điện bắt buộc phải có thiết bị bảo vệ chống điện áp nội 1.2 Nguyên nhân phát sinh điện áp nội bộ: Hệ thống điện đợc xem nh tổng thể gồm phần tử điện trở R, điện cảm L điện dung C Trong đó, điện cảm L điện dung C phần tử cấu thành mạch dao động dẫn đến điện áp tăng cao nội hệ thống điện Những dao động có tần số tơng ứng với tần số nguồn gây nên điện áp trì, đợc nguồn tiếp sức nên chúng tồn lâu dài Do đa số điện cảm hệ thống điện có lõi thép, đặc tính từ hoá chúng không đờng thẳng nên trình dao động phức tạp có nhiều dạng khác Các thao tác đóng cắt hệ thống điện gây nên thay đổi tham số mạch điện làm xuất trình độ dao động L C Những dao động (thờng dao động cao tần) gây nên điện áp độ đợc gọi điện áp thao tác 1.3 dạng điện áp nội hệ thống điện: 1.3.1 Quá điện áp độ đóng điện vào đờng dây không tải [7]: Khi đóng đờng dây không tải hở mạch đầu cuối, dòng điện đờng dây dòng điện dung Dòng điện qua điện kháng nguồn đờng dây gây tăng áp phía đờng dây Vì độ lớn dòng điện dung tỷ lệ với chiều dài đờng dây nên đờng dây dài hậu tăng áp nghiêm trọng Trong trờng hợp đặc biệt, đờng dây có chiều dài 1500 km điện áp đầu cuối hở mạch đờng dây tăng vô Do đờng dây dài mạch dao động nhiều tần số, xác định theo: fk = (2k + 1).f0 f0 = v 4l Học viên: Nguyễn Hoàng Việt Lớp Cao học KTĐ 2007 - 2009 Chơng 1: Tổng quan điện áp nội Trong đó: v: tốc độ truyền sóng, có giá trị tốc độ ánh sáng l: chiều dài đờng dây f0: tần số dao động Bảng 1.2: Giá trị tần số theo chiều dài đờng dây Chiều dài đờng dây l (km) 300 500 1000 1500 3000 Tần số dao động f0 (Hz) 250 150 75 50 25 Chiều dài 1500 km chiều dài cộng hởng tần số công nghiệp chiều dài 500 km chiều dài cộng hởng tần số 3f (điều hoà bậc 3) điện áp xoay chiều hệ thống điện chiều dài tợng cộng hởng tần số gây nên điện áp Mặt khác, vận hành đờng dây không tải hở mạch đầu cuối có sóng lan truyền dọc theo đờng dây từ đầu bị suy yếu phía cuối đờng dây Tại cuối đờng dây sóng phản xạ ngợc trở Sóng phản xạ trở đến đầu đờng dây tiếp tục bị phản xạ ngợc lại cuối đờng dây Điện áp số điểm đờng dây đạt cực đại sau số lần truyền phản xạ sóng Từ trình truyền phản xạ liên tiếp sóng đờng dây ta xác định điện áp cực đại điểm đờng dây cách cộng sóng tới sóng phản xạ Dạng điện áp độ đóng đờng dây không tải đợc khảo sát kỹ chơng sau 1.3.2 Quá điện áp chạm đất pha hồ quang hệ thống có điểm trung tính cách điện [2]: Trong hệ thống điện có điểm trung tính cách điện có phát sinh hồ quang pha với đất gây nên điện áp kéo dài hệ thống có tồn nơi cách điện xấu đờng dây qua vùng bụi dẫn đến hậu nghiêm trọng Học viên: Nguyễn Hoàng Việt Lớp Cao học KTĐ 2007 - 2009 10 Chơng 1: Tổng quan điện áp nội Khi có ngắn mạch chạm đất, điện áp pha cố tăng vọt tới mức điện áp dây Do có tồn điện cảm điện dung nên độ từ trạng thái sang trạng thái khác có dao động riêng trình độ điện áp tăng cao Xét sơ đồ thay đơn giản hệ thống điện nh hình 1.1: C B L L CAB L A C Hình 1.1: Sơ đồ thay hệ thống điện có chạm đất pha Giả thiết chạm đất xảy pha A thời điểm UA có trị số cực đại âm Tại thời điểm trị số tức thời điện áp pha B 0,5Uph điện áp pha UAB 1,5Uph trạng thái ổn định ngắn mạch chạm đất điện áp pha B đạt tới mức điện áp pha tức 1,5Uph Nhng để tiến tới trạng thái ổn định phải trải qua trình độ, trình gồm hai giai đoạn giai đoạn đầu, sau có chạm đất trình phân phối lại điện tích điện dung CB CAB, lúc chúng đợc ghép song song với Điện áp điện dung đợc cân đạt trị số: U 0(1) = 0,5U phC + 1,5U phC AB C + C AB = 0,5U ph + kU ph với k = C AB C + C AB Nh vậy, lúc có chạm đất, điện áp pha cố (pha C tơng tự nh pha B) nhảy vọt từ trị số 0,5Uph đến U0(1) = 0,5Uph + kUph Học viên: Nguyễn Hoàng Việt Lớp Cao học KTĐ 2007 - 2009 Chơng 1: Tổng quan điện áp nội 11 Giai đoạn thứ hai giai đoạn độ điện áp từ trị số tới mức điện áp pha UAB = 1,5Uph Trong giai đoạn điện áp dao động quanh trị số ổn định với biên độ dao động: Udđ(1) = UAB U0(1) = 1,5Uph (0,5Uph + kUph) = (1-k)Uph tần số dao động: = L.2(C + C AB ) = 3L(C + C AB ) Sự biến thiên điện áp pha không cố đợc biểu thị phơng trình: U(t)(1) = 1,5Uph (1 - k)Uph.cos1t.e-t hệ số tắt dần có tổn hao dây dẫn máy biến áp Điện áp đạt trị số cực đại gần chu kỳ dao động tự do: t= T1 = Vì tần số lớn nhiều so với tần số công nghiệp nên thời gian điện áp UAB biến đổi xem nh giữ trị số 1,5Uph Đặt = d tính đợc trị số cực đại điện áp: Umax(1) = 1,5Uph + (1 - k)Uph.e-d 1,5Uph + (1 - k)(1 - d)Uph Nếu tợng chạm đất có tính chất kim loại trình độ kết thúc điện áp pha cố dạng đỉnh ngắn với biên độ khoảng (2,1 ữ 2,3)Uph Trong thực tế, trình độ kéo dài hồ quang tắt cháy lại nhiều lần làm cho điện áp pha không bị cố tăng cao Quá điện áp dạng có đặc điểm sau: - Dạng sóng dạng dao động cao tần xếp chồng lên điện áp tần số công nghiệp - Thời gian tồn điện áp thời gian tồn hồ quang Học viên: Nguyễn Hoàng Việt Lớp Cao học KTĐ 2007 - 2009 Chơng 1: Tổng quan điện áp nội 12 Trong hệ thống điện có điểm trung tính cách điện với đất hệ thống bảo vệ rơle không cắt ngắn mạch chạm đất pha nên thời gian tồn điện áp kéo dài nguy hiểm cho cách điện hệ thống Cũng thời gian tồn kéo dài lan truyền toàn hệ thống, gây nên phóng điện vị trí có cách điện xấu 1.3.3 Quá điện áp cắt đờng dây không tải tụ điện [2]: Quá điện áp cắt đờng dây không tải cắt điện dung có nhiều điểm giống với điện áp ngắn mạch chạm đất hồ quang chúng có liên quan đến tích luỹ điện tích điện dung hệ thống cháy lại hồ quang xảy tiếp điểm máy cắt điện dùng để cắt đờng dây không tải khỏi nguồn Quá điện áp có trị số lớn đủ để phá hoại cách điện đờng dây có đốt cháy máy cắt điện Xét trờng hợp đơn giản, đờng dây không tải dài l có tổng trở sóng Z đợc cắt góp nguồn có công suất vô lớn Z l Hình 1.2: Sơ đồ cắt đờng dây không tải Khi máy cắt đóng mạch qua có dòng điện điện dung đờng dây không tải, dòng điện vợt trớc điện áp góc 900 Khi cắt máy cắt điện, hồ quang tiếp điểm tắt lúc dòng điện qua trị số không tức lúc điện áp nguồn đạt trị số cực đạido cho hồ quang tắt điện dung đờng dây đợc nạp tới mức điện áp Uph giả thiết -Uph Sau điện áp đờng dây giữ không đổi điện áp nguồn biến đổi theo hình sin Qua nửa chu kỳ, điện áp nguồn +Uph điện áp đặt tiếp điểm 2Uph Mặc dù thời gian tính từ lúc bắt đầu nhảy máy cắt lúc (khoảng thời gian nửa chu kỳ lớn nhng không chu kỳ tần số công nghiệp) tiếp điểm Học viên: Nguyễn Hoàng Việt Lớp Cao học KTĐ 2007 - 2009 13 Chơng 1: Tổng quan điện áp nội máy cắt cách xa nhau, cách điện khe hở tăng tới mức định nhng không loại trừ khả khe hở bị chọc thủng hồ quang cháy lại dới tác dụng điện áp 2Uph Nếu hồ quang cháy lại điện áp nguồn +Uph đờng dây đợc nạp từ điện áp Uph đến +Uph , nh đờng dây có sóng điện áp 2Uph sóng dòng điện i = 2U ph Z lan truyền tới phía cuối đờng dây +Uph a) +Uph i=0 2Uph i= Z -Uph +3Uph +Uph +Uph b) i= 2Uph Z i=0 +3Uph -Uph i= c) 4Uph Z i=0 -Uph -Uph d) i= 4Uph Z i=0 -Uph -5Uph Hình 1.3: Phân bố điện áp dọc theo đờng dây không tải thời điểm khác a) Sau hồ quang cháy lại lần I trớc có phản xạ từ cuối đờng dây b) Sau hồ quang cháy lại lần I có phản xạ từ cuối đờng dây c) Sau hồ quang cháy lại lần II trớc có phản xạ từ cuối đờng dây d) Sau hồ quang cháy lại lần II có phản xạ từ cuối đờng dây Khi tới đầu cuối hở mạch sóng điện áp phản xạ dấu nên đờng dây có điện áp +4Uph Uph = 3Uph truyền phía nguồn Sóng dòng điện tới đầu cuối đờng dây phản xạ ngợc dấu nên nơi đờng Học viên: Nguyễn Hoàng Việt Lớp Cao học KTĐ 2007 - 2009 Chơng 1: Tổng quan điện áp nội 14 dây mà sóng phản xạ dòng điện tổng Nh phản xạ trở tới nguồn dòng điện máy cắt có trị số hồ quang tắt lần hai Sau hồ quang tắt, điện áp đờng dây giữ không đổi 3Uph điện áp nguồn lại tiếp tục biến thiên theo hình sin Sau nửa chu kỳ tần số công nghiệp, điện áp nguồn đổi dấu có trị số Uph, điện áp tiếp điểm máy cắt tăng tới mức 4Uph Nếu giả thiết thời điểm hồ quang cháy lại lần thứ hai đờng dây lại đợc nạp điện từ điện áp +3Uph đến điện áp nguồn nghĩa đến Uph Trên đờng dây có sóng điện áp -4Uph sóng dòng điện i = = 4U ph Z Cũng nh lần trớc, sau thời gian 2l tính từ lúc hồ quang cháy lại lần hai, dòng điện máy cắt qua v trị số 0, hồ quang tắt đờng dây đợc nạp mức điện áp -5Uph Nếu trình cháy lại hồ quang tiếp diễn điện áp đờng dây tăng liên tục Điều xảy máy cắt có tốc độ phục hồi cách điện lớn, hồ quang không cháy lại lần nh điện áp đờng dây không vợt mức 3Uph Giá trị điện áp lớn gây nguy hiểm cho tiếp điểm máy cắt cách điện đờng dây 1.3.4 Quá điện áp chuyển mạch máy biến áp kháng điện non tải[4]: Khi xem xét độ tin cậy cách điện máy biến áp, kháng điện lựa chọn thiết bị bảo vệ cho chúng gặp dạng điện áp độ mà tác động lên thành phần lới: điện áp cắt đóng máy biến áp kháng điện non tải Quá điện áp xuất cắt thành phần điện cảm kết "cắt" dòng hồ quang máy cắt, nghĩa đột ngột ngừng dòng điện trớc chuyển qua điểm không tự nhiên Học viên: Nguyễn Hoàng Việt Lớp Cao học KTĐ 2007 - 2009 70 Chơng 4: Sử dụng chống sét van để hạn chế điện áp nội Sau chạy chơng trình ta có giá trị điện áp đờng cong điện áp độ pha nút phía Hà Tĩnh Dien ap pha A - Dong dong thoi - Goc dong 90 900 [kV] 600 300 -300 -600 -900 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 [s] 0.10 0.08 [s] 0.10 (f ile dongdongthoi-90do.pl4; x-v ar t) v :X0019A Dien ap pha B - Dong dong thoi - Goc dong 90 800 [kV] 600 400 200 -200 -400 -600 -800 0.00 0.02 0.04 0.06 (f ile dongdongthoi-90do.pl4; x-v ar t) v :X0019B Học viên: Nguyễn Hoàng Việt Lớp Cao học KTĐ 2007 - 2009 71 Chơng 4: Sử dụng chống sét van để hạn chế điện áp nội Dien ap pha C - Dong dong thoi - Goc dong 90 700 [kV] 525 350 175 -175 -350 -525 -700 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 [s] 0.10 (f ile dongdongthoi-90do.pl4; x-v ar t) v :X0019C Hình 4.14: Đờng cong điện áp pha nút Hà Tĩnh (trờng hợp tiếp điểm máy cắt đóng đồng thời, góc đóng 90o) Qua kết chạy chơng trình, trờng hợp tiếp điểm máy cắt đóng đồng thời với góc đóng 90o giá trị điện áp lớn pha nút Hà Tĩnh là: - Pha A: 795 kV tơng ứng 1,95 p.u - Pha B: 745 kV tơng ứng 1,83 p.u - Pha C: 645 kV tơng ứng 1,58 p.u Tại nút Nho Quan là: - Pha A: 585 kV tơng ứng 1,43 p.u - Pha B: 505 kV tơng ứng 1,24 p.u - Pha C: 495 kV tơng ứng 1,21 p.u Kết mô với trờng hợp tiếp điểm máy cắt đóng đồng thời cho thấy, góc đóng tiếp điểm máy cắt 0o có giá trị điện áp cuối đờng dây lớn nhiều so với góc đóng tiếp điểm máy cắt 90o Học viên: Nguyễn Hoàng Việt Lớp Cao học KTĐ 2007 - 2009 72 Chơng 4: Sử dụng chống sét van để hạn chế điện áp nội 4.2.3.2 Trờng hợp tiếp điểm máy cắt đóng không đồng thời: Trờng hợp tiếp điểm máy cắt đóng không đồng thời pha A pha đóng sớm nhất, hai pha lại lần lợt đóng sau pha A khoảng thời gian nhỏ (nh quy ớc trên) Ta giả thiết, sau 10 ms máy cắt phía Hà Tĩnh mở ra, sau máy cắt phía Nho Quan đóng: pha A sau 30 ms, pha B sau (30 + 6) ms, pha C sau (30 + 3) ms Sau chạy chơng trình ta có giá trị điện áp đờng cong điện áp độ pha nút phía Hà Tĩnh Dien ap pha A - Dong khong dong thoi 1.0 [MV] 0.6 0.2 -0.2 -0.6 -1.0 -1.4 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 [s] 0.10 0.08 [s] 0.10 (f ile dongkodongthoi.pl4; x-v ar t) v :X0019A Dien ap pha B - Dong khong dong thoi 0.8 [MV] 0.5 0.2 -0.1 -0.4 -0.7 -1.0 0.00 0.02 0.04 0.06 (f ile dongkodongthoi.pl4; x-v ar t) v :X0019B Học viên: Nguyễn Hoàng Việt Lớp Cao học KTĐ 2007 - 2009 73 Chơng 4: Sử dụng chống sét van để hạn chế điện áp nội Dien ap pha C - Dong khong dong thoi 1.00 [MV] 0.75 0.50 0.25 0.00 -0.25 -0.50 -0.75 -1.00 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 [s] 0.10 (f ile dongkodongthoi.pl4; x-v ar t) v :X0019C Hình 4.15: Đờng cong điện áp pha nút Hà Tĩnh (trờng hợp tiếp điểm máy cắt đóng không đồng thời) Qua kết chạy chơng trình, trờng hợp tiếp điểm máy cắt đóng không đồng thời giá trị điện áp lớn pha nút Hà Tĩnh là: - Pha A: 1331 kV tơng ứng 3,26 p.u - Pha B: 955 kV tơng ứng 2,34 p.u - Pha C: 930 kV tơng ứng 2,28 p.u Tại nút Nho Quan là: - Pha A: 640 kV tơng ứng 1,57 p.u - Pha B: 685 kV tơng ứng 1,68 p.u - Pha C: 875 kV tơng ứng 2,14 p.u Nh vậy, so với trờng hợp tiếp điểm máy cắt đóng đồng thời tiếp điểm máy cắt đóng không đồng thời giá trị điện áp cuối đờng dây bé Do đó, phần sau ta sử dụng trờng hợp tiếp điểm máy cắt đóng đồng thời để mô khảo sát phân bố điện áp dọc theo chiều dài đờng dây Học viên: Nguyễn Hoàng Việt Lớp Cao học KTĐ 2007 - 2009 74 Chơng 4: Sử dụng chống sét van để hạn chế điện áp nội 4.2.3.3 Phân bố điện áp đờng dây: Từ kết ta thấy giá trị điện áp cuối đờng dây lớn so với giá trị điện áp đầu đờng dây Để xác định cụ thể phân bố điện áp dọc theo đờng dây nh ta tiến hành đo giá trị điện áp dọc theo chiều dài đờng dây vị trí khác Ta chia đờng dây Nho Quan Hà Tĩnh thành đoạn, đoạn có chiều dài 38,38 km đợc mô phần tử LCC - pha Mô hình đờng dây cần khảo sát: Hình 4.16: Mô hình mô phân bố điện áp dọc theo chiều dài đờng dây Nho Quan Hà Tĩnh Sau chạy chơng trình, ta có phân bố điện áp dọc theo chiều dài đờng dây nh bảng 4.3 Bảng 4.3: Phân bố điện áp dọc theo chiều dài đờng dây Vị trí đo Điện Pha A 2,06 2,82 2,84 2,86 2,94 3,02 3,08 3,09 3,19 Pha B 1,89 2,82 3,04 3,05 3,09 3,12 3,13 3,14 3,3 (p.u) Pha C 1,3 1,35 1,36 1,37 1,4 1,61 1,64 1,67 1,68 áp Học viên: Nguyễn Hoàng Việt Lớp Cao học KTĐ 2007 - 2009 75 Chơng 4: Sử dụng chống sét van để hạn chế điện áp nội Từ ta có đờng cong phân bố điện áp dọc theo chiều dài đờng dây nh hình 4.17 Pha A Pha B Pha C Quá điện áp (p.u) 3.5 2.5 1.5 0.5 Vị trí đo dọc theo chiều dài đờng dây Hình 4.17: Phân bố điện áp dọc theo chiều dài đờng dây Nho Quan Hà Tĩnh 4.2.3.4 Nhận xét: - Trong thực tế thực thao tác đóng, cắt máy cắt xảy trờng hợp tiếp điểm máy cắt đóng đồng thời không đồng thời Qua trình chạy chơng trình mô ta thấy, trờng hợp tiếp điểm máy cắt đóng đồng thời với góc đóng 0o có giá trị điện áp lớn Giá trị điện áp lớn gây h hỏng cho cách điện đờng dây - Giá trị điện áp đợc phân bố tăng dần phía cuối đờng dây, hay nói cách khác chiều dài đờng dây tăng giá trị điện áp cuối đờng dây lớn Giá trị điện áp lớn đầu đờng dây 2,06 p.u, giá trị nằm phạm vi chịu đợc cách điện đờng dây Nhng giá trị điện áp lớn phía cuối đờng dây tăng lên 3,3 p.u Do đờng dây có chiều dài lớn ta phải có biện pháp hạn chế điện áp cuối đờng dây Phần sau, ta xem xét việc đặt chống sét van vị trí khác để khảo sát việc hạn chế giá trị điện áp đờng dây Học viên: Nguyễn Hoàng Việt Lớp Cao học KTĐ 2007 - 2009 Chơng 4: Sử dụng chống sét van để hạn chế điện áp nội 76 4.3 Mô dùng chống sét van để hạn chế điện áp nội chơng trình ATP/emtp: 4.3.1 Phần tử mô chống sét van chơng trình ATP/EMTP: Mô hình đờng dây 500 kV có lắp chống sét van đợc mô nh hình 4.18: Hình 4.18: Mô hình đơn giản hoá có lắp chống sét van đờng dây Nho Quan Hà Tĩnh Đờng dây đợc chia thành đoạn để xét phân bố điện áp dọc theo chiều dài đờng dây Để mô chống sét van ta chọn loại MOV_3.sup (3 pha) chơng trình ATP/EMTP Học viên: Nguyễn Hoàng Việt Lớp Cao học KTĐ 2007 - 2009 Chơng 4: Sử dụng chống sét van để hạn chế điện áp nội 77 Hình 4.19: Nhập số liệu cho chống sét van - Vref: điện áp tham chiếu, đợc dùng làm giá trị so sánh cho Vflash Chọn Vref = 700000 V - Vflash: điện áp phóng điện Vflash = (-1).Vref = (-1).700000 = -700000 V Với điện áp tới 700000 V chống sét van phóng điện, dấu (-) dùng cho chống sét van không khe hở - Vzero = V: giá trị điện áp ban đầu - COL = 1: hệ số nhân COEF - SER = 1: số khối nối tiếp nhánh, đợc sử dụng để chia tỷ lệ với Vref - ErrLim: sai số điều chỉnh thiết bị 4.3.2 Khảo sát sử dụng chống sét van hạn chế điện áp nội bộ: Để xác định khả hạn chế điện áp đóng đờng dây không tải chống sét van ta xét trờng hợp: + Không lắp chống sét van + Lắp chống sét van hai đầu đờng dây + Lắp chống sét van hai đầu đờng dây + Lắp chống sét van hai đầu hai vị trí 37,5% 75% chiều dài đờng dây Học viên: Nguyễn Hoàng Việt Lớp Cao học KTĐ 2007 - 2009 78 Chơng 4: Sử dụng chống sét van để hạn chế điện áp nội Sau chạy chơng trình, ta có bảng phân bố điện áp dọc theo chiều dài đờng dây: Bảng 4.4: Quá điện áp dọc theo chiều dài đờng dây trờng hợp Vị trí đo Không đặt CSV Đặt CSV vị trí Đặt CSV vị trí Đặt CSV vị trí Pha A 2,06 2,82 2,84 2,86 2,94 3,02 3,08 3,09 3,19 Pha B 1,89 2,82 3,04 3,05 3,09 3,12 3,13 3,14 3,3 Pha C 1,3 1,35 1,36 1,37 1,4 1,61 1,64 1,67 1,68 Max 2,06 2,82 3,04 3,05 3,09 3,12 3,13 3,14 3,3 Pha A 1,9 2,33 2,35 2,28 2,35 2,3 2,3 2,4 2,08 Pha B 1,79 2,33 2,35 2,6 2,65 2,62 2,52 2,4 2,1 Pha C 1,67 1,67 1,62 1,79 1,59 1,57 1,79 1,54 1,74 Max 1,9 2,33 2,35 2,6 2,65 2,62 2,52 2,4 2,1 Pha A 1,89 2,18 2,18 2,3 2,06 2,18 2,35 2,33 2,06 Pha B 1,79 2,28 2,3 2,28 2,15 2,28 2,3 2,19 2,03 Pha C 1,58 1,54 1,64 1,67 1,77 1,57 1,59 1,64 1,79 Max 1,89 2,28 2,3 2,3 2,15 2,28 2,35 2,33 2,06 Pha A 1,86 2,08 2,11 2,03 2,11 2,11 2,06 2,32 2,2 Pha B 1,64 2,16 2,28 2,16 2,3 2,06 2,21 2,08 Pha C 1,54 1,59 1,52 1,54 1,59 1,54 1,65 1,67 1,7 Max 1,86 2,16 2,28 2,03 2,16 2,3 2,06 2,32 2,2 Từ kết chạy chơng trình trên, ta vẽ đợc đờng cong phân bố điện áp dọc theo chiều dài đờng dây có lắp chống sét van vị trí khác nh hình 4.20 Học viên: Nguyễn Hoàng Việt Lớp Cao học KTĐ 2007 - 2009 79 Chơng 4: Sử dụng chống sét van để hạn chế điện áp nội Quá điện áp (p.u) Không đặt CSV Đặt CSV hai đầu đờng dây Đặt CSV hai đầu đờng dây Đặt CSV hai đầu vị trí 37,5%;75% chiều dài đờng dây 3.5 2.5 1.5 0.5 Vị trí đo dọc theo chiều dài đờng dây Hình 4.20: Phân bố điện áp dọc theo chiều dài đờng dây đặt chống sét van vị trí khác 4.3.3 Tính toán khả thông thoát chống sét van: Năng lợng thông thoát chống sét van đợc tính theo công thức: W = Ua.Ia.t Trong đó: (4.1) Ua: điện áp chống sét van Ia: Dòng điện chống sét van t: khoảng thời gian xung đóng cắt Khoảng thời gian xung đóng cắt thờng lấy ữ ms đợc tính gần thời gian xung di chuyển gấp đôi chiều dài đờng dây: t = 2l c Trong đó: l: chiều dài đờng dây c: tốc độ truyền sóng (c = 3.108 m/s) Điện áp dòng điện chống sét van xác định đợc qua tham số đờng dây, tham số chống sét van mức xung đóng cắt Giả sử đờng dây đợc nạp tới mức xung đóng cắt Uss Xung đợc phóng qua tổng Học viên: Nguyễn Hoàng Việt Lớp Cao học KTĐ 2007 - 2009 80 Chơng 4: Sử dụng chống sét van để hạn chế điện áp nội trở sóng đờng dây Z0 vào chống sét van Nếu điện áp d chống sét van Uarr ta có: Uss = I.Z0 + Uarr (4.2) với I dòng điện qua chống sét van Điện áp chống sét van hàm phi tuyến theo dòng điện qua Có thể áp dụng phơng pháp đồ thị đơn giản để giải phơng trình Khi ta có: Uss - I.Z0 = Uarr Điện áp dòng điện chống sét van đợc xác định từ điểm giao đờng cong thoả mãn phơng trình [18] Phơng pháp tính lợng thông thoát qua chống sét van đồ thị mang tính gần U (kV) Uss Uarr = f(I) Ua Uss - I.Zo Ia I (A) Hình 4.21: Phơng pháp đồ thị xác định lợng thông thoát qua chống sét van U = Uss I.Z0 = Uarr Giao điểm hai đờng có toạ độ: U = Ua, I = Ia Đó điện áp dòng điện qua chống sét van cần để tính lợng thông thoát qua chống sét van Học viên: Nguyễn Hoàng Việt Lớp Cao học KTĐ 2007 - 2009 Chơng 4: Sử dụng chống sét van để hạn chế điện áp nội 81 Có thể xây dựng họ đờng cong khác ứng với tiêu thụ lợng chống sét van, với mức xung đóng cắt với tổng trở sóng đờng dây khác Sau tính toán ta có đồ thị thể mức lợng thông thoát qua chống sét van trờng hợp khác nh hình 4.22 Năng lợng thông thoát qua CSV (kJ) Đặt CSV, lợng qua CSV cuối đờng dây Đặt CSV, lợng qua CSV đờng dây Đặt CSV, lợng qua CSV cuối đờng dây 300 250 200 150 100 50 Hình 4.22: Mức lợng thông thoát qua chống sét van 4.3.4 Nhận xét: Qua kết chạy chơng trình, giá trị điện áp tăng phía cuối đờng dây Giá trị điện áp lớn đầu đờng dây 2,06 p.u, giá trị nằm phạm vi chịu đợc cách điện đờng dây Nhng giá trị điện áp lớn phía cuối đờng dây tăng lên 3,3 p.u Giá trị điện áp cuối đờng dây lớn, vợt mức cách điện đờng dây (2,5 p.u), gây phá huỷ cách điện Việc lắp đặt chống sét van đờng dây có tác dụng định để hạn chế điện áp thao tác Mức độ hạn chế điện áp phụ thuộc vào số lợng vị trí lắp đặt chống sét van đờng dây Trong trờng hợp lắp hai chống sét van hai đầu đờng dây, giá trị điện áp giảm xuống (giá trị điện áp lớn 2,65 p.u) nhng lớn Học viên: Nguyễn Hoàng Việt Lớp Cao học KTĐ 2007 - 2009 Chơng 4: Sử dụng chống sét van để hạn chế điện áp nội 82 mức cách điện đờng dây Khi lắp thêm chống sét van đờng dây giá trị điện áp dọc theo chiều dài đờng dây giảm đáng kể (giá trị điện áp lớn 2,35 p.u) Khi lắp hai chống sét van hai đầu hai chống sét van vị trí 37,5% 75% chiều dài đờng dây giá trị điện áp đợc hạn chế nhiều hơn, xuống dới mức an toàn cho cách điện đờng dây Mức lợng thông thoát qua chống sét van đờng dây điện áp thao tác phù hợp với tiêu chuẩn IEC [11] Khi tăng số lợng chống sét van đờng dây lợng chống sét van đợc giảm xuống Học viên: Nguyễn Hoàng Việt Lớp Cao học KTĐ 2007 - 2009 Chơng 4: Sử dụng chống sét van để hạn chế điện áp nội 83 Kết luận chung Trong trình vận hành đờng dây cao áp siêu cao áp vấn đề điện áp nội cần đợc quan tâm, đặc biệt điện áp nội đóng cắt đờng dây không tải Với đờng dây cao áp siêu cao áp số lần đóng cắt nhng yêu cầu hạn chế điện áp thao tác đòi hỏi độ tin cậy cao tính chất quan trọng đờng dây Mặt khác, cấp điện áp cao nên giá trị điện áp thờng lớn mức độ dự trữ điện áp lại thấp nên cần phải tính toán bảo vệ điện áp nội cho đờng dây Trong luận văn, có sử dụng chơng trình nghiên cứu trình độ điện từ ATP/EMTP Đây chơng trình chuyên dụng có khả mô trình độ điện từ hệ thống điện Trong phạm vi luận văn, sử dụng chơng trình để mô trình đóng đờng dây không tải để xác định mức điện áp khả hạn chế điện áp chống sét van Quá trình tính toán mô cho thấy chống sét van có khả hạn chế định điện áp đờng dây, tuỳ thuộc vào số lợng, vị trí đặt chống sét van Cụ thể nh sau: Giá trị điện áp tăng phía cuối đờng dây hay nói cách khác, chiều dài đờng dây tăng giá trị điện áp phía cuối đờng dây tăng Giá trị điện áp cuối đờng dây lớn, vợt mức cách điện đờng dây, gây phá huỷ cách điện Trong trờng hợp lắp hai chống sét van hai đầu đờng dây, giá trị điện áp giảm xuống nhng lớn mức cách điện đờng dây Khi lắp thêm chống sét van đờng dây giá trị điện áp dọc theo chiều dài đờng dây giảm đáng kể Khi lắp hai chống sét van hai đầu hai chống sét van vị trí 37,5% 75% chiều dài đờng dây giá trị điện áp đợc hạn chế nhiều hơn, xuống dới mức an toàn cho cách điện đờng dây Mức lợng thông thoát qua chống sét van đờng dây điện áp Học viên: Nguyễn Hoàng Việt Lớp Cao học KTĐ 2007 - 2009 Chơng 4: Sử dụng chống sét van để hạn chế điện áp nội 84 thao tác phù hợp với tiêu chuẩn IEC Khi tăng số lợng chống sét van đờng dây lợng chống sét van đợc giảm xuống Do thời gian tài liệu tham khảo có hạn nên phạm vi nghiên cứu luận văn dừng việc mô cho đờng dây có chiều dài trung bình Việc ứng dụng chống sét van để hạn chế điện áp đờng dây siêu cao áp có chiều dài lớn đợc ngời viết nghiên cứu có điều kiện cho phép Tôi mong nhận đợc bổ xung, góp ý kiến thầy, cô giáo đồng nghiệp để có nghiên cứu đầy đủ, hoàn thiện Tôi xin chân thành cảm ơn! Học viên: Nguyễn Hoàng Việt Lớp Cao học KTĐ 2007 - 2009 ... sét van Khi xung điện áp đợc tiêu tán chống sét van trở lại thiết bị có điện trở cao lúc dòng điện qua chống sét van nhỏ, coi dòng điện rò đờng dây Khi sử dụng chống sét van để bảo vệ chống điện. .. quan điện áp nội Chơng Tổng quan điện áp nội 1.1 Khái niệm chung: Quá điện áp tất nhiễu loạn xếp chồng lên điện áp làm việc mạng điện [7] Quá điện áp gồm hai loại: điện áp khí (quá điện áp sét) điện. .. Tổng quan điện áp nội 24 1.5.4 Sử dụng chống sét van: Các kết nghiên cứu cho thấy, lắp chống sét van số vị trí thích hợp đờng dây (đặc biệt vị trí cuối đờng dây) có khả hạn chế điện áp phía cuối