bai giang ky thuat dien cao ap qua dien ap thao tac yy6

BÀI GIẢNG KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP CHƯƠNG 10 : QUÁ ĐIỆN ÁP THAO TÁC 10.1 Đặc điểm điện iện áp thao tác 10.2 Quá điện áp đóng đường ờng dây khơng tải 10.3 Q điện áp có tự động ộng đóng lại 10.4 Quá điện áp cắt tụ điện iện đường dây khơng tải 10.5 Q điện áp cắt dòng điện iện lớn 10.6 Quá điện iện áp gây nên cắt mạch có dòng điện cảm bé 10.7.Q điện áp chạm đất ất chập chờn 10.8.Hạn chế điện iện áp thao tác  Khái niệm Lưới điện cao áp có chứa điện iện dung điện cảm tập trung phân bố, chúng mạch dao động  Trong chế độộ truyền tải cơng suất bình thường, th tính chất giao động khơng xuất  Một nguyên nhân xuất giao động lượng điện từ tích luỹ phần tử phản kháng đóó thao tác theo kế hoạch cố  Thao tác đóng cắt lưới điện, iện, thực chất làm thay đổi trạng thái lưới điện chuyển từ điều kiện tồn trước ớc thao tác sang trạng thái khác xuất sau thao tác  Mỗi thao tác gây trình độ, ộ, thường th kèm theo xuất điện áp gây nguy hiểm cho cách điện iện Trong số thao tác trước tr hết phải kể đến thao tác cắt đường dây không tải gây nên tượng ợng hồ quang cháy lại cực máy cắt, cắt đường dây chế độ vận tốc khơng đồng ồng máy phát, tự động đóng lại loạt thao tác khác  3/31/2014 Page Biên độ điện iện áp thao tác phân tích thành hai thành phần : thành phần độ xếp chồng lên thành phần điện iện áp làm việc  Giá trị lớn điện iện áp phụ thuốc vào nhiều yếu tố, sơ đồ lưới điện, đặc tính máy cắt đóng óng vai trò qua trọng Ngồi loại q điện áp thao tác xuất trình độ kkhi thao tác thiết bị đóng cắt (máy cắt, dao cách ly, ) có loại q điện áp trình độ xảy cách điện đường dây bị phóng điện iện gây hồ quang ổn định nơi ngắn mạch chạm đất pha lưói điện iện trung tính cách điện trung tính nối đất qua cuộn dập hồ quang (quá trình liên tiếp dập tắt cháy lại hồ quang chỗ chạm đất dạng thao tác)  3/31/2014 Page Quá điện iện áp thao tác chia thành dạng :   điện áp pha tác động ộng lên cách điện đất  điện áp dây tác động ộng lên cách điện pha  điện iện áp xuất tiếp điểm thiết b úng ct (mỏy ct, dao cỏch ly) Các dạng điện áp nội phải hạn chế để đảm bảo an toàn cho thiết bị Cơ sở kinh tế kỹ thuật biện pháp bảo vệ chống điện áp bao hàm việc đánh giá thiệt hại thống kê nh hư hỏng, ngừng cung cấp điện sửa chữa ch 3/31/2014 Page Quá điện áp thao tác kiƯn ngÉu nhiªn Q điện áp xuất hiên thao tác đóng óng cắt Vậy xác xuất xuất điện áp khoảng thời gian định Nếu coi xuất QĐA kiện ngẫu nhiên, đánh giá xác suất xuất điện iện áp theo kinh nghiệm vận hành theo định luật Poison Để có sở đánh ánh giá, ta giả thiết xác suất thực nhiều h hai, ba nhiều kiên Pt,t(i), (i=1, 2, ) khoảng thời gian t đủ nhỏ tương đối bé so với xác suất xuất kiện Pt,t(1) Pt ,  t 1  Pt ,  t i  i  1, 2, 3, Điều kiện tương ng ứng với kiện rời rạc Trong tốn học gọi kiện thơng thường viết Pt ,  t 0   Pt ,  t 1  Pt,t(0) Pt,t(1) tương ng ứng xác suất không xuất xuất kiện khoảng thời gian t+t Trị Trị số trung bình số kiện xảy khoảng thời gian Pt ,  t 0   Pt ,  t 1  Pt ,  t 2    mPt ,  t m    Pt ,  t 1 3/31/2014 Page Số Số kiện trung bình xảy khoảng thời gian t Pt,t(1)/t Giới hạn tỉ số gọi cường độộ kiện  t   lim Pt ,  t 1 t  t Nếu (t)==const dòng kiện gọi cố định Trong trường hợp xác suất xuất kiện khoảng thời gian (t, t+) phụ thuộc vào khoảng thời gian  mà không phụ thuộc vào t Xét hai khoảng thời gian (0,) (t, +) với  đủ nhỏ Khi xác suất khoảng thời gian (0, +) không xuất kiện P ,   0   P t 0 P  0   P t 0 1  P  1 Chuyển P,(0) sang trái, chia hai vế cho tìm giới hạn  0 dP 0    P t 0  d Lấy tích phân phương trình đ với điều kiện ban đầu Pt=0(0)=1 P 0   e   Xác Xác suất thực kiện khoảng thời gian (0, +) 3/31/2014 Page P0 ,    1  P t 1P  0   P  t 1P 0   P t 11  P  1  P  t 1P 0  Chuyển P(1) sang trái, chia hai vế cho tìm giới hạn  0 ta có P 0   e   Lấy tích phân phương trình ây với điều kiện ban đầu Pt=0(1)=0 P0 ,    1  P t 1P  0   P  t 1P 0   P t 11  P  1  P  t 1P 0  Đây Đây xác suất xuất lần điện áp khoảng thời gian (0, ) dP 1    Pt 1   P t 0     Pt 1   e   d Phân bố P(0)=e- d xem phân bố khoảng thời gian lần xuất điện áp P 1   e   3/31/2014 Page Đây Đây xác suất xuất lần điện áp khoảng thời gian (0, ) Phân bố P(0)=e- d xem nh phân bố khoảng thời gian lần xuất điện áp 3/31/2014 Page Quá điện áp đóng đường dây không tải Quỏ trỡnh quỏ xut hin úng óng đường dây không tải vào góp nhà máy điện iện trạm biến áp thấy xem xét sơ s đồ hình vẽ MF M BA M C2 M C1 Le ~ e(t) ui (0,t) Li u2(0,t) e(t) ~ e(t) L l/2 Li L l/2 ~ Le Ce Thao tác phổ biến đóng đường dây khơng tải máy cắt MC1 sau để hoà đồng với hệ thống máy cắt MC2 Sau máy cắt MC1 đóng xuất trình q độ đường dây Đường dây khơng tải chiều dài l Thay nhà máy điện hệ thống máy biến áp nguồn sức điện động xoay chiều có điện cảm Li Điện áp lớn xuất cuối đường ờng dây Có thể xác định trị số điện áp biết đường cong điện áp độộ u(l,t) Phương trình điện áp dòng điện cho đường đư dây dài với tham số rải R, L, G C dạng tốn tử có dạng  dU ( p )  R  pL I  p    dx    dI ( p )  G  pC U  p   dx 3/31/2014 Page d 2U ( p ) dx  ( p)    ( p )U  p  R  pL G  pC  Nghiệm phương trình có dạng U  p , x   A  p e    p x  B  p e   p x  A  p     p x B  p    p x   e  I  p, x   Z  p  e Z c p c  Z c p  R  pL G  pC Các số A(p) B(p) xác định từ điều kiện ban đầu điện áp dòng điện đường ờng dây biểu diễn d dạng tổng hai sóng chạy từ hai đầu đường dây sóng từ đầu tới cuối đường ờng dây (sóng tới ) sóng ngược từ cuối đường ờng dây trở ta đóng nguồn xoay chiều e(t)=Em sin(t+) vào đường dây hở mạch qua điện cảm Li sóng lan truyền dọc theo đường ờng dây từ đầu bị suy yếu phía cuối đường dây sóng phản xạ ngược ợc trở với dấu với sóng tới Sóng phản xạ trở đến đầu đường dây, tiếp tục bị phản xạ ngược lại từ điện iện cảm Li cuối đường dây Tóm lại sóng tới trừ sóng đầu ầu tiên sóng phản xạ xuất hiện tượng phản xạ nhiều lần từ hai đầu đường dây 3/31/2014 Page 10 Xem xét trình chuyển động ộng liên tiếp sóng đường dây điểm nút cách cộng sóng tới sóng phản xạ xác định điện áp cực đại điểm đường dây, đóó có điểm cuối đường dây (x=l) Với đường dây ngắn đóng óng vào nguồn có sức điện động lớn (thời gian truyền sóng số thời gian nhỏ hơnn nhiều nửa chu kỳ điện áp tần số công nghiệp), điện áp lớn xuất sau lần truyền sóng thứ với điều kiện đường dây đóng vào nguồn thời điểm iểm gần giá trị đỉnh sức điện động nguồn Trong trường hợp tổng quát điện iện áp đạt giá trị đỉnh sau số lần truyền sóng, nghĩa sau cộng tổng số sóng tới sóng phản xạ Các cơng thức tính tốn theo sơ s đồ pha khơng có khó khănn lớn nh tương đối dài dòng Nhược điểm phương ng pháp trước tr xây dựng đường diễn biến trình q độ khơng thể biết trước ớc dạng thời điểm đạt giá trị cực đại Mặc dù phương pháp phản ánh tin cậy trình vật lý, nh khơng thuyết phục khơng cho phép nhìn nhận cách tổng thể vấn đề 3/31/2014 Page 11 Nếu thể số A(p) B(p) qua điện áp dòng điện điểm định, ví dụ cuối đường ờng dây U(p,l) I(p,l) U  p , x   U  p , l ch   p l  x   Z c  p I  p , l sh   p l  x   U  p, l    I  p , x   Z  p  sh   p l  x   I  p , l ch   p l  x  c  Hệ phương trình cần có thêm điều iều kiện ban đầu Với trường hợp đường dây hở mạch I  p , l   0; I  p ,0   U  p, l  sh   p l Z c p U  p , l   U  p , l ch   p l E ( p )  U ( p ,0 )  pL i I ( p , ) Zc gọi tổng trở sóng đường dây E(p) ảnh sức điện động nguồn Giải phương trình trên, ta có điện iện áp d dạng tốn tử Nếu đóng nguồn vào thời điểm sức điện iện động e có giá trị cực đại (=90o) u (l , p )  E ( p) chp   pTshp  Em Em H ( p) p2 u (l , p )   p p   chp   pTshp  p F ( p)  Sử dụng triển khai, ta tìm gốc u ( l , t )  Aod cos  t  A e k  k t cos  k t k 1 3/31/2014 Page 12 k tần số góc giao động riêng Aod biên độ thành phần cưỡng ỡng xác định Aod  Em cos    sin  Ak biên độ thành phần tự xác định đ  k2 Ak  E m  k   cos     k  k sin  k  k- hệ số tắt dần hài bậc k Biên độ giao động ộng tự hình thành chuỗi đổi dấu, Aod  A1  A  A3  A   số hạng sau giảm dần số thứ tự k tăng ng A1>Aod, nghĩa biên độ thành phần giao động đ thứ lớn biên độ giao động cưỡng khác với trường hợp mạch giao động đ tần số A1=Aod Đường cong điện áp u(l,t) cuối đường ờng dây hở mạch thành - thành phần cưỡng ỡng bức; 2- sóng hài bậc (1/=2); 3/31/2014 Page 13 3- sóng hài bậc hai (2/=6,9) với Li/Zc=0,29, l=500km) giá trị lớn thành phần cưỡng ỡng hai thành phần tự trùng vào thời điểm t=/ U max  Aod  A1  A K  Hệ số kích động U max A  A2 1 2 Aod Aod Đặc điểm q trình q độộ biến đổi sơ đồ thay hình T hình vẽ Ta biến đổi sơ đồồ thành mạch giao động gồm điện cảm Le nối tiếp với điện dung Ce với đường ờng dây chiều dài khơng lớn coi L e  L i  L dd /  L i  L '.l / C e  C dd  C '.l l chiều dài đường dây Điện áp cuối đường dây trùng với điện đ áp điện dung C bao gồm thành phần cưỡng thành phần giao động ộng tự thứ     12   u(l,t) uod utd  Em 2 sint   sin2  cos et sin1t 1 1   1   3/31/2014 Page 14    1  tg        arctg    / Le / C e  tần số nguồn tần số giao động tự =R/2Le hệ số tắt dần Như vậy, điện áp lớn cuối đường ờng dây xác định chủ yếu góc đóng  tần số giao động 1 Các thông số định biên độ giao động tự  12 A  Em 1      sin  t   cos    1  Trong thực tế tỉ số tần số giao động ộng thứ lớn h tần số cơng nghiệp với 1 /   1 /   biên độộ thành phần tự có trị số lớn với góc đóng gần 90 270o Đối với đường dây tải điện iện SCA (500 kV) để tăng khả tải đường dây người ta sử dụng đấu nối tiếp điện dung đểể bù cảm kháng đường dây (thiết bị bù ngang) Với đường dây tỉ số  /  Nếu 1 /   1 biên độộ thành phần tự có trị số lớn với góc đóng gần 180o Xem xét đường cong độộ số trường tr hợp riêng 3/31/2014 Page 15 Trường hợp : đóng đường ờng dây khơng tải vào nguồn góc đóng 90o 1 /  : thành phần cưỡng 2- thành phần tự Điện áp độ đạt trị số cực đại ại nửa chu kỳ giao động tự Vào thời điểm điện áp chế độ cưỡng chưa kịp thay đổi đáng kể 1 /   : thành phần cưỡng 2- thành phần tự trị số lớn vào đỉnh thứ hai 3/31/2014 Page 16 trường hợp ( /   ,5 ) điện áp có giá trị cực đại ại góc đóng =0 Điện áp trình độ đạt giá trị cực đại đỉnh thứ hai trường hợp    thực tế Đó trường hợp cộng hư ưởng tần số công nghiệp Điện áp mạch giao động viết biểu thức u (l , t )  E m  Le R 1  e  sin  t    t 1  Điện áp tăng từ từ đạt ạt giá trị lớn thành phần cưỡng c Em : thành phần cưỡng 2- thành phần tự 3/31/2014 Page 17 Le R  10  20 E m Các đặc điểm xét đối ối với trình độ mạch giao động đơn giản khơng đổi đường dây, đóó có vơ số hài giao động tự Với nguồn e(t)=Em sin(t+), điện iện áp cuối đường dây  u ( l , t )  Aod sin  t     A e k k 1  k t    sin    cos   sin  k t   k  k  k  tg       k  arctg  Tính hệ số tắt dần k khó Theo kết đo đường ờng dây 500 kV trị số trung bình k vào khoảng 30 s-1 tức vào khoảng 0,1 1/độ, có nghĩa biên độộ giao động tự giẩm khoảng 45% sau chu kỳ điện áp tần số cơng nghiệp Hệ số kích động ộng (hệ số áp) phụ thuộc vào góc pha đóng đường dây Góc đóng xa 900 biên độộ giao động riêng bé Tần số giao động ộng riêng gần tần số nguồn, trùng lặp điểm cực đại Aod Ak chậm Trong trường ờng hợp hệ số tắt dần có vai trò quan trọng Phụ thuộc hệ số kích động ộng vào góc pha đóng đường dây (=30 1/s) 3/31/2014 Trên hình vẽ =1/314 mạch giao động đơn giản Page 18  Quá điện áp có tự động đóng lại Việc sử dung thiết bị tự đơng đóng óng lại (TĐL) dựa c sở 80-90% cố đường ờng dây không cố thoáng qua : giới hạn d (~80%) thường gặp lưới điện 6-110 110 kV giới hạn thường th gặp đường dây không từ 220 kV trở lên Những hư hỏng thoáng qua thường ờng xảy sứ bị phóng điện bề mặt sét đánh ánh gió mạnh làm dây dẫn chạm phóng điện khơng khí đến vật bên cạnh Khoảng 10-20% trường ờng hợp hư h hỏng cón lại cố trì bán trì Như đa số trường hợp hư hỏng đường dây tải điện không sau cắt máy cắt hai đầu đường ờng dây khoảng thời gian đủ môi trường chỗ hư hỏng phục hồi tính chất cách điện iện ta đóng trở lại đường dây tiếp tục làm việc bình thường, ờng, nhanh chóng khơi phục cung cấp điện, giữ vững chế độ đồng ổn định ịnh hệ thống 3/31/2014 Page 19 Q trình q độ đóng đường ờng dây tự động đóng lại a) sơ đồ; b) đường cong điện áp : - sức điện động nguồn; - điện áp đường dây Chu trình TĐL chia giai đoạn oạn sau cắt đường máy cắt Q2 gần với điểm iểm cố ngắn mạch, đường dây chuyển sang chế độ cung cấp điện từ phía cắt pha không bị cố máy cắt Q1, làm gián đoạn dòng điện dung qua trị số không tương ứng với thời điểm điện áp đạt ạt giá trị cực đại pha đóng lại đường ờng dây hở mạch máy cắt Q1 đóng máy cắt Q2 khôi phục sơ đồồ làm việc bình thường th 3/31/2014 Page 20 ... tính cách điện trung tính nối đất qua cuộn dập hồ quang (quá trình liên tiếp dập tắt cháy lại hồ quang chỗ chạm đất dạng thao tác)  3/31/2014 Page Quá điện iện áp thao tác chia thành dạng :  ... Mỗi thao tác gây trình độ, ộ, thường th kèm theo xuất điện áp gây nguy hiểm cho cách điện iện Trong số thao tác trước tr hết phải kể đến thao tác cắt đường dây không tải gây nên tượng ợng hồ quang... trò qua trọng Ngoài loại điện áp thao tác xuất trình độ kkhi thao tác thiết bị đóng cắt (máy cắt, dao cách ly, ) có loại q điện áp q trình độ xảy cách điện đường dây bị phóng điện iện gây hồ quang