TP CH KHOA HC & CễNG NGH CC TRNG I HC K THUT S 71 - 2009 HN CH QU IN P THAO TC CHO NG DY TI IN CAO P BNG CHNG SẫT VAN NG DY LIMITATION OF SWITCHING OVERVOLTAGE BY USING TRANSMISSION LINE SURGE ARRESTER Nguyn c Tng Trn Vn Tp Trng i hc KTCN - i hc Thỏi Nguyờn Trng i hc Bỏch khoa H Ni TểM TT Trong nhng nm gn õy, vic s dng chng sột van bo v chng quỏ in ỏp cho cỏc ng dõy ti in c s dng rng rói h thng in Trờn cỏc ng dõy ti in cao ỏp úng ng dõy cú chiu di khụng quỏ ln ch h mch cui ng dõy, quỏ in ỏp thng cú giỏ tr nm gii hn cho phộp Trng hp úng khụng ng pha s dn n quỏ in ỏp vt quỏ gii hn cho phộp c mụ phng bi phn mm EMTP Bi bỏo trỡnh by nghiờn cu hin tng quỏ in ỏp úng ng dõy 220kV khụng ti, xỏc sut xut hin quỏ in ỏp nguy him ca nhiu ln úng ct Trờn c s nghiờn cu ny, xut cỏc phng ỏn bo v chng quỏ in ỏp bng cỏch s dng chng sột van ng dõy loi ZnO v xột kh nng hp th nng lng ca chng sột van ABSTRACT Application of Metal Oxide Surge Arresters in power systems has been traditionally linked to electrical equipment protection In recent years, the industry has noted a significant increase in the application of metal oxide arresters on transmission lines in an effort to reduce overvoltage Swiching overvoltage on high voltage transmission line of short length when a open line is closed is not very high and normally in limit value Non simultaneous close of the circuit breaker lead to the high overvoltage and it will be simulated by using the program EMTP From an investigation of overvoltage when an 220kV opened circuited high voltage transmission line is energized, we propose a limitation of overvoltage level by using transmission line surge arrester ZnO This paper also presents the characteristics or energy absorption of transmission line surge arresters lng tng i cao v cú th s dng bo v quỏ ni b cho h thng in núi chung v cho ng dõy ti in núi riờng ng dng bin phỏp ny s hn ch c quỏ in ỏp ni b, gúp phn nõng cao tin cy v n nh h thng in I M U Quỏ in ỏp thao tỏc l mt nhng yu t quan trng thit k v hnh h thng in núi chung v ng dõy ti in núi riờng Nú khụng nhng nh hng ti tớnh kinh t m cũn nh hng ti tớnh k thut ca mt mng in Quỏ in ỏp ni b cú ln khụng bng quỏ in ỏp khớ quyn nhng hiu ng tớch lu l nguyờn nhõn phỏt trin cỏc khuyt tt cc b, gi hoỏ cỏch in dn dn gõy lờn cỏc phúng in c quỏ in ỏp nh hn nhiu in ỏp ỏnh thng tn s cụng nghip Hin h thng in ó ỏp dng mt s bin phỏp hn ch quỏ in ỏp nh s dng mỏy ct cú mc in tr Shunt, phng phỏp s , iu khin tip im úng ca mỏy ct Tuy nhiờn, cỏc bin phỏp nờu trờn ch cú th hn ch c mt s ớt loi quỏ in ỏp ni b [1], mt khỏc lm s phc tp, hnh khú khn Ngy nay, vi s i ca chng sột van ụxớt km (ZnO) cú kh nng hp th nng II I TNG KHO ST V Mễ HèNH MNG IN TRONG CHNG TRèNH ATPDraw 2.1 i tng v nhim v kho sỏt - i tng kho sỏt l ng dõy truyn ti 220kV Súc Sn - Thỏi Nguyờn tng chiu di truyn ti 39,9 km [2], cú xột ti mch vũng Ph Li - Súc Sn - Thỏi Nguyờn - Bc Giang Ph Li [3], cú s nguyờn lý nh trờn hỡnh - Nhim v kho sỏt, thng kờ mc quỏ in ỏp ca 100 ln úng ng dõy Thỏi Nguyờn - Súc Sn khụng ti trng hp khụng t v cú t chng sột van v cú xột ti vic tip xỳc khụng ng thi ca cỏc tip im mỏy ct 46 TP CH KHOA HC & CễNG NGH CC TRNG I HC K THUT S 71 - 2009 THI NGUYấN 131 - on 2: T v trớ ct 90 n ct s 60 125 MVA 272 271 ACK-410/53-39,9 km ACK-400/52-62,62km ACSR-520/67-57,9km Bng Cỏc phn t chng trỡnh ATPDraw ACSR-612/104-57,9km 272 273 274 - on 4: T v trớ ct 30 n ct s 272 ACRS-520/67-26,9 km 271 - on 3: T v trớ ct 60 n ct s 30 231-1 231-1 271 - on 1: T v trớ ct 125 ti v trớ ct 90 100 131 100 125 MVA Sn Trong ni dung nghiờn cu cú chia ng dõy Thỏi Nguyờn Súc Sn thnh on: BC GIANG 224 200 285 255 125 MVA 235 100 286 257 256 237 236 225 SểC SN C5 G6 2x353 MVA 112 287 STT Phn t ca mng in Phn t ATPDraw Ngun NM v HT Sources Tng tr ng in Mỏy ct Chng sột van dõy Nhỏnh RL ti Nhỏnh LLC Statistic Swich Swich time 3-ph MOV 3-ph Quỏ in ỏp úng ng dõy h mch thng xut hin tr s ln phớa cui ng dõy Mt khỏc, chng sột van lm vic vi quỏ in ỏp ni b cn phi quan tõm ti kh nng hp th nng lng ca chng sột van Trong ni dung nghiờn cu cú la chn ba phng ỏn lp t chng sột van: PH LI 2x300 MW Hỡnh S nguyờn lý mch vũng kho sỏt 2.2 Mụ hỡnh mng in v d kin phng ỏn t chng sột van - Phng ỏn 1: t chng sột van ti cui ng dõy (v trớ ct 1) nh hỡnh 3a - Mụ hỡnh mng in 220kV Ph Li Bc Giang Thỏi Nguyờn Súc Sn - Phng ỏn 2: t chng sột van ti hai u ng dõy (v trớ ct v 125) hỡnh 3b - Phng ỏn 3: t chng sột van ti hai u v gia ng dõy (v trớ ct 1, 125 v 60) hỡnh 3c Hỡnh Mụ hỡnh mng in chng trỡnh ATPDraw Mụ hỡnh mng in chng trỡnh ATPDraw c th hin nh trờn hỡnh Trong ú cỏc phn t ca mng in c thay th bng cỏc phn t tng ng chng trỡnh ATPDraw [5, 6, 7, 8] nh bng a) b) Thng kờ quỏ in ỏp trờn ng dõy ca 100 ln úng ct, õy thc hin úng ng dõy khụng mang ti phớa gúp Thỏi Nguyờn v ho ng b bng mỏy ct phớa Súc c) Hỡnh V trớ t chng sột van 47 TP CH KHOA HC & CễNG NGH CC TRNG I HC K THUT S 71 - 2009 c tớnh Vụn-Ampe (V-A) ca chng sột van [4] c cho di bng 2: - ng dõy t 1, v chng sột van Phân bố điện p t i c uố i đ- ng dây hở mạ c h Bng c tớnh V-A ca chng sột van 220kV CSV in ỏp d (kV) CSV CSV 90 Xung úng ct 1.5kA 3kA 5kA 10kA 20kA 40kA 125A 500A 549 577 596 627 697 818 470 502 80 Xá c suất xuất (%) Xung 8/20s III KT QU KHO ST Kt qu kho sỏt quỏ in ỏp xut hin trờn ng dõy c mụ phng bng chng trỡnh Plotxy [5, 6, 7, 8] Quỏ in ỏp ng vi tr s trung bỡnh nh hỡnh v hỡnh 5: 40 30 0.5 1.5 2.5 3.5 4.5 Hệ số p (p.u) Hỡnh 200 100 T kt qu cho thy s xut hin ca quỏ in ỏp trng hp khụng lp t chng sột van vi biờn cng ln thỡ xỏc sut xut hin cng nh v ngc li Xỏc sut 2% (p.u) ti cui ng dõy 220kV cú th t ti tr s 4,75 (p.u) Nh vy, quỏ in ỏp úng ng dõy h mch cú giỏ tr ln hn nhiu so vi mc d tr cỏch in cp in ỏp tng ng (3 p.u) [2] -100 -200 -300 40 v:1B [ms] 50 v:1C Hỡnh Quỏ in ỏp pha ng dõy h - Gúc úng 00 Trong trng hp cú t chng sột van (1, hay 3) thỡ in ỏp ti cui ng dõy khụng vt quỏ tr s 2p.u Nh vy, vi ng dõy cú chiu di truyn ti khụng ln ch cn s dng s ớt chng sột van cng cú th hn ch c quỏ in ỏp ti mc thp Tuy nhiờn, s lng la chn cn phi xem xột kh nng hp th nng lng ca chng sột van s dng 300 [kV] 200 100 -100 -200 10 20 30 (file 0csv-t.nguyen-s.son-kdt-0.pl4; x-var t) v:1A v:TG-SSA v:TG-SSB v:TG-SSC 50 400 [kV] 300 10 20 30 (file 0csv-t.nguyen-s.son-kdt-90.pl4; x-var t) v:1A v:TG-SSA v:TG-SSB v:TG-SSC 60 10 - Gúc úng 90 -400 70 20 -300 CSV 100 40 v:1B [ms] 50 v:1C - Phõn b quỏ in ỏp theo chiu di ng dõy chng trỡnh ATPDraw cú kt qu nh trờn hỡnh v hỡnh 8, ng vi cỏc thi im úng ca cỏc tip im ca mỏy ct l khỏc (kt qu thng kờ quỏ in ỏp trờn pha A, cũn vi cỏc pha B v C cú kt qu gn ging pha A) Hỡnh Quỏ in ỏp pha ng dõy h in ỏp xut hin trờn ng dõy cú dng xung nhn l kt qu ca in ỏp cao tn xp chng lờn in ỏp tn s cụng nghip Mt khỏc biờn ca quỏ in ỏp cú tr s ln nht gúc úng bng 900, gúc úng cng xa 900 thỡ biờn gim Trong tt c cỏc trng hp úng ng dõy vi gúc úng khỏc cú xột ti quỏ trỡnh úng khụng ng thi ca cỏc tip im nhn thy: Mụ t quy lut phõn b quỏ in ỏp ti cui ng dõy h mch ng vi cỏc trng hp nh hỡnh 6: - Quỏ in ỏp cú tr s ln dn v phớa cui ng dõy - ng dõy khụng lp t chng sột van 48 TP CH KHOA HC & CễNG NGH CC TRNG I HC K THUT S 71 - 2009 - Ti v trớ t chng sột van quỏ in ỏp khụng vt quỏ 2p.u Cũn ti cỏc v trớ khụng t chng sột van in ỏp cú ln hn chỳt ớt ểNG KHễNG NG THI GểC ểNG 0 CSV CSV CSV Trong ú : Ua - in ỏp d ca chng sột van Ia - dũng in qua chng sột van td - thi gian tn ti xung úng ct CSV U (kV) Quỏ in ỏp 2% (p.u) 4.5 4.0 USS 3.5 Ua 3.0 2.5 dc -Z0 USS - I.Z0 2.0 1.5 I (A) 1.0 Ia Hỡnh Quan h U-I ca chng sột van v ca ng dõy 0.5 0.0 Khong thi gian tn ti xung úng ct cú th c ly bng 1-2 giõy nu khong cỏch truyn súng t 150-300km, hoc cú th ly td bng khong thi gian truyn súng vi ln chiu di ng dõy v tc truyn súng ly bng tc ỏnh sỏng.in ỏp v dũng phúng in chng sột van cú th xỏc nh c qua cỏc tham s ca chng sột van, ng dõy v mc quỏ in ỏp t lờn chng sột van Gi s ng dõy cú mc quỏ in ỏp thao tỏc vi biờn xung l USS Khi ú ngun quỏ in ỏp c mc ni tip vi tng tr súng ca ng dõy v in tr ca chng sột van (cú k ti in tr ni t chõn ct) Nu gi Z0 l tng tr súng ca ng dõy thỡ ta cú quan h: Uss = Ia.Z0 + Ua (2) im o quỏ in ỏp trờn ng dõy Hỡnh Phõn b in ỏp theo chiu di ng dõy ểNG KHễNG NG THI GểC ểNG 90 CSV Quỏ in ỏp 2% (p.u) Uarr=f(I) a CSV CSV CSV 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 Khi thụng s mch cú dng phi tuyn (ph thuc quan h V-A ca chng sột van) gii bi toỏn ta ỏp dng phng phỏp th vi c tuyn V-A ca chng sột van ó bit im o in ỏp trờn ng dõy Hỡnh Phõn b in ỏp theo chiu di ng dõy IV NNG LNG HP TH CA CHNG SẫT VAN [9] Khi ú: Khi xut hin quỏ in ỏp thao tỏc trờn ng dõy, chng sột van ng dõy t di giỏ tr in ỏp cao s phúng in Dũng phúng qua chng sột van cú dng xung vuụng gúc v in ỏp d trờn chng sột van cú dng ch nht Nng lng hp th ca chng sột van ú c xỏc nh theo biu thc: W = Ua.Ia.td Ia U ss U a Z0 (2) in ỏp v dũng in qua chng sột van l to ca im a cú (Ua; Ia) l im giao ca ng cong Uarr v ng xiờn gúc USS Ia.Z0 (cú dc -Z0) tho phng trỡnh (2) Trong tớnh toỏn ly gn ỳng Z0 = 400, thi gian tn ti xung úng ct td = 266 (S) (1) 49 TP CH KHOA HC & CễNG NGH CC TRNG I HC K THUT S 71 - 2009 Nng lng hp th trờn chng sột van cỏc trng hp gúc úng ca mỏy ct l 900 v 00 ng vi cỏc phng ỏn lp t chng sột van c th hin trờn bng chng sột van t ti cui ng dõy thỡ hn ch c quỏ in ỏp (do úng ng dõy khụng ti) xung mc < 2p.u m m bo bn nhit cn thit Bng V KT LUN - Quỏ in ỏp thao tỏc trờn cỏc ng dõy ti in cao ỏp 220kV chiu dI di 100km, úng ng dõy khụng ti khụng gõy guy him cho cỏch in Nng lng hp th ca chng sột van W (kJ) S CSV V trớ t CSV Ct 125 Ct 60 Ct 1 CSV - - 81 CSV 51 - 80 CSV 51 64 80 - Xỏc sut 2% cỏc ln úng ct cú th dn n quỏ in ỏp cui ng dõy vt quỏ mc cỏch in cho phộp - S dng b chng sột van ng dõy t cui ng dõy cho phộp hn ch quỏ in ỏp mc 2,5pu Nu s dng b chng sột van t hai u ng dõy cú th gim mc quỏ in ỏp xung mc 2pu Nng lng hp th trờn chng sột van cú th t ti 118kJ ti cui ng dõy trng hp cỏc tip im ca mỏy ct tip xỳc ng thi Tuy nhiờn, vi chng sột van ng dõy (ZnO) thỡ kh nng hp th ln hn nhiu - Khi chng sột van tỏc ng, nng lng qua chng sột van thp hn kh nng thụng thoỏt ca nú Vớ d nh loi AZG2 [2] cú th ti W = 2,7x240 = 648 (kJ) Nh vy, vi cỏc ng dõy ngn (vi chc km) nu ch dựng mt TI LIU THAM KHO Trn Vn p; Bỏo cỏo tng hp ti NCKH Nghiờn cu cỏc gii phỏp bo v, cỏc gii phỏp gim thiu tỏc ng n mụi trng hnh h thng in truyn ti cao ỏp v siờu cao ỏp; H Ni nm 2005 Trn c Cng; Ci to ng dõy 110kV Súc Sn - Thỏi Nguyờn kt hp ng dõy 220kV Súc Sn Thỏi Nguyờn; Cụng ty t xõy dng in 1; H Ni nm 2006 Phm Vn Ng; Thuyt minh v bn v thi cụng ng dõy 220kV Bc Giang - Thỏi Nguyờn; Cụng ty t xõy dng in 1; H Ni nm 2006 Cooper power systems-Surge Arresters ATP Rule book, EMTPATP Programs, 2004 Lỏszlú Prikler, Hans Kristian Hứidalen-ATPDRAW version 3.5, 2004 ATP Theory book, EMTPATP Programs, 2004 ATP Manual book, EMTPATP Programs, 2004 Calculation of Arrester Energy During Transmission Line Switching Surge Discharge HUBELL POWER SYSTEMS, INC a ch liờn h: Nguyn c Tng - Tel: 0912.739.229 Email: nguyenductuonghtd@yahoo.com.vn B mụn: H thng in, Khoa in Trng i hc K thut Cụng nghip - i hc Thỏi Nguyờn 50 ... sột van 47 TP CH KHOA HC & CễNG NGH CC TRNG I HC K THUT S 71 - 2009 c tớnh Vụn-Ampe (V-A) ca chng sột van [4] c cho di bng 2: - ng dõy t 1, v chng sột van Phân bố điện p t i c uố i đ- ng dây. .. Khi xut hin quỏ in ỏp thao tỏc trờn ng dõy, chng sột van ng dõy t di giỏ tr in ỏp cao s phúng in Dũng phúng qua chng sột van cú dng xung vuụng gúc v in ỏp d trờn chng sột van cú dng ch nht Nng... sỏng.in ỏp v dũng phúng in chng sột van cú th xỏc nh c qua cỏc tham s ca chng sột van, ng dõy v mc quỏ in ỏp t lờn chng sột van Gi s ng dõy cú mc quỏ in ỏp thao tỏc vi biờn xung l USS Khi ú ngun