Đề tài: Máy biến điện áp kiểu tụ (CVT)

Máy biến điện áp là một bộ phận rất quan trọng trong hệ thống điện .Để vận hành hệ thống điện được an toàn ta cần phải đo lường và bảo vệ để biết được các thông số của nó rồi từ đó có phương pháp điều chỉnh hợp lý,cũng như tránh được thiệt hại khi có sự cố xẩy ra.Việc thực hiện đo điện áp xoay chiều với điện áp cao thì dụng cụ thông thường không thể đáp ứng được vì điện trở cách điện của thiết bị không cho phép,còn nếu thiết kế chế tạo thiết bị đo lường và bảo vệ với điện áp cao thì rất tốn kém và không an toàn cho người dùng.Vì vậy để đo lường và bảo vệ ở điện áp cao người ta phải dùng một thiết bị trung gian để giảm điện áp xuống thiết bị này được gọi là máy biến điện áp .

Mục lục Giới thiệu chung I Cấu tạo nguyên lý II Bộ phân áp kiểu dung: Bộ điện từ:  Điện kháng bù :  Máy biến áp giảm áp  Mạch triệt tiêu cộng hưởng sắt từ (FSC) * Nguyên lý làm việc : III Ứng dụng CVT 10 Ứng dụng 10 Ảnh hưởng độ CVT 10 IV Các phương pháp nâng cao độ xác CVT 11 Phương pháp ước lượng thông số : Phương pháp nâng cao độ xác thiết bị CVT cách dùng phương pháp Newton đầy đủ để ước lượng thông số CVT qua đường đặc tính đáp ứng tần số 11 Phương pháp bù động on-line, đưa phương pháp giảm sai số độ cách bù động on-line cho phía thứ cấp thiết bị 11 Lời mở đầu Máy biến điện áp phận quan trọng hệ thống điện Để vận hành hệ thống điện an toàn ta cần phải đo lường bảo vệ để biết thông số từ có phương pháp điều chỉnh hợp lý,cũng tránh thiệt hại có cố xẩy ra.Việc thực đo điện áp xoay chiều với điện áp cao dụng cụ thơng thường khơng thể đáp ứng điện trở cách điện thiết bị khơng cho phép,cịn thiết kế chế tạo thiết bị đo lường bảo vệ với điện áp cao tốn khơng an tồn cho người dùng.Vì để đo lường bảo vệ điện áp cao người ta phải dùng thiết bị trung gian để giảm điện áp xuống thiết bị gọi máy biến điện áp Ngày với phát triển khoa học kỹ thuật ,máy biến điện áp cải tiến nhiều kiểu loại ,kết cấu ,vật liệu chế tạo tính làm việc Trong đề tài nhóm em xin trình bầy ngun lý , cấu tạo ứng dụng máy biến điện áp điện dung (CVT) I Giới thiệu chung Hình 1: Ví dụ CVT cấp điện áp - Đối với điện áp 110kV trở lên, để giảm bớt kích thước làm nhẹ cách điện, người ta dùng biến điện áp kiểu dung (CVT - Capacitor Voltage Transformer) Trong biến điện áp này, người ta dùng phân chia điện áp tụ để lấy điện áp trung gian đưa vào biến điện áp - Máy biến điện áp điện dung nối với dụng cụ đo lường thông thường rơle bảo vệ Chúng phép dùng mục đích đo đếm tiền điện - Kích thước máy biến điện áp kiểu điện từ tỷ lệ với điện áp sơ cấp Khi điện áp tăng, giá thành loại BU kiểu điện từ tăng nhanh cách điện cao kích thước tỷ lệ với điện áp định mức , máy biến điện áp kiểu tụ phân áp cho điện áp cao có tính kinh tế II Cấu tạo nguyên lý Hình : Cấu tạo CVT Một CVT bao gồm hai phận : Bộ phân áp kiểu dung phía điện từ phía Bộ phân áp kiểu dung: Bộ phân áp kiểu dung nằm phía điện từ , gồm trụ sứ rỗng nối tiếp chồng nhau, số lượng sứ phụ thuộc vào cấp điện áp Phía có chứa tụ điện, tụ điện chế tạo từ nhơm, có giấy cách điện thấm điện môi , điện môi đổ đầy loại dầu có điện trở suất cao độ tổn hao điện môi thấp Các tụ điên ép chặt xuống lị xo nén phía , làm cho tụ điện ổn định Phía có thùng kim loại, có khoảng trống giãn nở nạp lượng khí N2 Sự giãn nở dầu nhiệt độ môi trường , bù bù kim loại Giám sát mức dầu bên chia điện áp thơng qua mắt nhìn thị mức dầu bên Vỏ sứ cách điện làm gốm có độ bền độ cách điện cao, chịu tác động mơi trường thường có màu nâu xám Các tụ điện phân áp CVT có chức chia áp giảm điện áp đường dây xuống điện áp trung gian + Tụ điện áp cao (C1 ): tụ điện nối đầu nối điện áp cao đầu nối điện áp trung gian Tụ điện áp cao gồm miếng tụ điện ghép nối tiếp với bên ống sứ để đạt giá trị C1 thích hợp + Tụ điện áp trung gian (C2) : tụ điện nối đầu nối điện áp trung gian đầu nối đất Tụ điện áp trung gian gồm miếng tụ điện ghép nối tiếp với bên ống sứ để đạt giá trị C2 thích hợp Tỷ số phân áp : 𝑎= 𝑉1 (𝑡) 𝐶2 =1+ 𝑉2 (𝑡) 𝐶1 Bộ điện từ: Hình : Cấu tạo CVT - Bộ phân áp phận điện từ nối với ống cách điện bên trong, thiết kế cần thiết cho việc ứng dụng với độ xác cao - Bộ điện tử gồm có: + Điện kháng bù + Máy biến áp giảm áp + Thiết bị bảo vệ điện áp + Mạch triệt tiêu cộng hưởng sắt từ Bộ điện từ thùng có vỏ làm kim loại , thùng chế tạo đảm bảo độ kín Trong có chứa phận điện từ Nó có hai hộp nhỏ bên sườn hộp chứa đầu cuộn thứ cấp hộp chứa đầu cuộn điều chỉnh Thùng kim loại sau làm kín, tiến hành nạp đầy dầu cách điện, dầu nén nhẹ khí N2 , ngăn khơng khí ẩm bên ngồi xâm nhập vào bên biến điện áp, đảm bảo an tồn tin cậy q trình vận hành  Điện kháng bù : Kháng bù triệt tiêu dung kháng tụ điện phân áp tần số hệ thống, tránh lệch pha điện áp sơ cấp thứ cấp CVT  Máy biến áp giảm áp Trên thực tế cuộn kháng chứa thành phần điện trở tác dụng nên công suất đầu phân áp bị hạn chế Nếu muốn lấy trực tiếp điện áp thứ cấp điện áp thứ cấp danh định BU, chẳng hạn 100v, để đạt cơng suất phụ tải danh định, trị số tụ phân áp phải lớn Để giảm dung lượng tụ phân áp đảm bảo công suất đầu BU, người ta sử dụng sơ đồ có máy biến áp điện từ trung gian Máy biến áp giảm áp Bộ phân áp gồm hai tụ C1 C2 có thiết bị tải ba (TB) kết hợp truyền tin lưới điện Để cung cấp đủ công suất cho đầu ra, người ta dùng biến áp có cuộn sơ cấp A1x, nối tiếp qua cuộn kháng (P) cộng hưởng với trị số tụ điện (C1+ C2) cuộn lọc cao tần đấu song song với tụ điện C2 với điện áp khoảng 4kV đến 12kV Đầu có hai cuộn dây: cuộn (a-x) dùng cho mạch đo lường bảo vệ, cuộn (a’-x’) dùng để cản dịu chống cộng hưởng sắt từ ảnh hưởng trình độ Cuộn dây biến áp cảm ứng cuộn kháng làm dây đồng tráng men , lót lớp dây giấy cách điện , quấn phân bổ xung quanh lõi từ Các đầu thứ cấp đưa hộp nối bên tiện lợi cho việc đấu nối  Mạch triệt tiêu cộng hưởng sắt từ (FSC) Lõi thép Kháng bù BGA làm từ sắt từ Ngoài tổn thất dây quấn đồng lõi thép Kháng bù BGA cịn xuất cộng hưởng sắt từ đặc tính khơng tuyến tính lõi sắt từ Hiện tượng gây nhiệt phận điện từ dẫn đến chọc thủng cách điện Chính vậy, CVT trang bị mạch giải trừ tượng cộng hưởng sắt từ (FSC) Mạch FSC thường mắc phía thứ cấp BGA để tránh nguy hiểm tránh bị phá huỷ điện áp gây cộng hưởng sắt từ Có loại mạch FSC: - Mạch khử tích cực (AFSC) : Mạch khử cộng hưởng sắt từ tích cực (AFSC) gồm có mạch chỉnh song song LC với tải trở Mạch chỉnh LC xảy cộng hưởng tần số hệ thống có tổng trở lớn điện áp Tải trở nối với điểm cuộn kháng để tăng tổng trở cộng hưởng mạch Với tần số khác tần số hệ thống, tổng trở cộng hưởng mạch song song LC giảm từ từ điện trở tải trở giảm dần lượng điện áp tần số - Mạch khử thụ động ( PFSC ) : Mạch khử cộng hưởng sắt từ thụ động (PFSC) có tải cố định Rf, cuộn kháng bão hoà Lf, tải trở khe hở R Trong điều kiện bình thường, điện áp phía sơ cấp khơng đủ lớn để phóng qua khe hở khơng khí G tải R khơng ảnh hưởng đến hoạt động CVT Nhưng xuất dao động cộng hưởng sắt từ, điện áp cảm ứng phóng qua khe G nối tắt tải R để giảm dao động lượng Lf thiết kế để bão hoà khoảng 150% lớn điện áp định mức ngăn cản cộng hưởng kéo dài * Nguyên lý làm việc : Biến điện áp kiểu tụ có nguyên lý làm việc dựa vào nguyên lý biến đổi mạch điện xoay chiều từ mạch sơ cấp sang mạch thứ cấp Khi đưa vào cuộn sơ cấp điện áp cao, dòng điện xoay chiều chạy cuộn sơ cấp tạo từ thơng khép vịng lõi thép cảm ứng sang cuộn thứ cấp Biến điện áp kiểu tụ làm việc chế độ hở mạch thứ cấp có tải với trở kháng cao Hình 4: Cấu tạo CVT Sự làm việc máy biến điện áp : - - - Các tụ điện C1 , C2 mắc nối tiếp điện áp phân bố tụ điện tỷ lệ nghich với điện dung : 𝐶1 𝑈2 = 𝑈𝑙ướ𝑖 × 𝐶1 + 𝐶2 Cuộn sơ cấp máy biến áp (3) nối tiếp qua cuộn kháng (9) Cuộn kháng (9) có chức bù góc lệch pha thành phần điện dung tụ điện gây Máy biến áp điện từ trung gian (3) có chức giảm dung lượng tụ phân áp đảm bảo công suất đầu BU Do cuộn kháng có điện trở nên điện áp đầu bị hạn chế Cộng hưởng sắt từ tần số giới hạn cuộn thứ cấp máy biến áp nối tiếp với thiết bị triệt tiêu cộng hưởng sắt từ (5) - - Thiết bị bảo vệ điện áp (8) có chức bảo vệ CVT thường dung kết hợp với hệ thống thông tin tải ba tiếp điểm điện áp thấp HF(7) dùng để truyền , nhận tín hiệu tải ba truyền qua Cuộn kháng (12) có tác dụng ngăn dị rỉ tín hiệu tải ba xuống đất Nó bảo vệ chống sét khe hở khơng sử dụng cầu dao (11) phải đóng nối đất Cuối tiếp điểm nhị thứ (10) đầu cho thiết bị đo lường , rơ le III Ứng dụng CVT Ứng dụng Biến điện áp làm nhiệm vụ biến đổi điện áp cao áp giúp cho thiết bị đo lường , đo đếm , rơ le bảo vệ nối trực tiếp vào mạng điện cao áp Tránh gây nguy hiểm cho người thiết bị , thiết bị khơng phải chế tạo với mức cách điện chịu điện áp cao Biến điện áp kiểu tụ ( CVT ) có ứng dụng cung cấp tín hiệu cho rơ le bảo vệ đường dây truyền tải cao áp , với yêu cầu tác động nhanh xác Chúng dùng để biến đổi điện áp cao thành điện áp thứ cấp có trị số bé , cung cấp mạch điện cho thiết bị đo lường , đo đếm , rơle bảo vệ Ảnh hưởng độ CVT CVT có đáp tuyến khoảng cách vượt ngưỡng tác động đem đến mối lo ngại nghiêm trọng bảo vệ đường dây tốc độ cao Những rơle mạch bán dẫn vi xử lý đáp ứng độ CVT tốc độ tác động nhanh độ nhạy cao Đối với cố làm suy giảm mạnh điện áp pha điện áp thứ cấp CVT khơng phản ánh điện áp sơ cấp phần tử tích lượng bên CVT Bởi phần tử cần thời gian định để thay đổi lượng tích trữ chúng nên gây độ điện áp thứ cấp CVT có thay đổi đáng kể điện áp sơ cấp Quá độ CVT làm giảm thành phần điện áp cố kéo theo giảm tổng trở tính tốn Nếu thành phần điện áp giảm đủ lớn tổng trở vùng I nằm ngồi phạm vi bảo vệ cách không mong muốn Nếu cố xảy phạm vi bảo vệ vùng I, tổng trở tính tốn giảm q độ CVT chấp nhận, bảo vệ rơle tác động Tuy nhiên, cố xảy bên phạm vi bảo vệ vùng I độ CVT gây hiểu lầm cố vùng I (do tổng trở đo giảm xuống) khơng thể bỏ qua độ CVT 10 IV Các phương pháp nâng cao độ xác CVT Phương pháp ước lượng thông số : Phương pháp nâng cao độ xác thiết bị CVT cách dùng phương pháp Newton đầy đủ để ước lượng thơng số CVT qua đường đặc tính đáp ứng tần số Các bước thực : - - - Ước lượng dạng thông số (điện trở, điện cảm giá trị tụ điện) từ đường đáp ứng tần số Để đạt điều này, đo lường biên độ pha đáp ứng tần số phạm vi 10Hz đến 10KHz thực phịng thí nghiệm với biến điện áp kiểu dung 230kV Dùng phương pháp cực tiểu hàm khơng tuyến tính phương pháp Newton đầy đủ tính tốn lại thơng số CVT Sự hội tụ cho nhóm số liệu ước lượng ban đầu xa với giá trị cuối Mặc dù có khác biệt xảy với thông số mạch tính tốn lại,nhưng nhóm số liệu ước lượng thu từ việc phân tích dạng sóng đáp ứng tần số gần giống Lấy giá trị thông số với sai số giảm dần → Như vậy, phương pháp tính tốn lại thơng số CVT, từ đưa thơng số mới, khác xa thông số cũ đáp ứng tần số gần giống Phương pháp sai số giảm cách khảo sát qua đáp ứng tần số, nhiên sai số không giảm nhiều phải thay đổi lại thông số thiết kế ban đầu nhà sản xuất Phương pháp bù động on-line, đưa phương pháp giảm sai số độ cách bù động on-line cho phía thứ cấp thiết bị Các bước thực : - Đầu tiên đưa mơ hình CVT tiêu biểu Kế tiếp, thực thuật toán bù dựa việc nghịch đảo hàm truyền giản đơn CVT Phân tích miền tần số định lượng bù phía Dùng ATP-EMTP mơ cho thấy việc cải tiến giá trị đo lường cung cấp cho bảo vệ tiêu chuẩn với kết bù động cho CVT → Phương pháp chủ yếu bù động để nâng cao độ xác thiết bị đo đo lường tín hiệu độ hệ thống điện Ưu điểm phương pháp giúp 11 việc đo lường tổng trở tốt phục vụ cho relay khoảng cách Với việc bù động cho CVT, vùng tần số xác mở rộng đo lường vùng tần số cao đạt hiệu 12 Tài liệu tham khảo [1] Phạm Hồng Thịnh, 2016 Đo lường cao áp Thử nghiệm không phá hủy [2] Lương Thành, 2010 Quy trình vận hành bảo dưỡng máy biến điện áp OTCF-123IM Tổng công ty truyền tải điện quốc gia [3] Siemens, Capacitor Voltage Transformer D Fernandes Jr , 2010 Identification of Parameters for Coupling Capacitor Voltage Transformers 13 ... cách điện, người ta dùng biến điện áp kiểu dung (CVT - Capacitor Voltage Transformer) Trong biến điện áp này, người ta dùng phân chia điện áp tụ để lấy điện áp trung gian đưa vào biến điện áp - Máy. .. chức chia áp giảm điện áp đường dây xuống điện áp trung gian + Tụ điện áp cao (C1 ): tụ điện nối đầu nối điện áp cao đầu nối điện áp trung gian Tụ điện áp cao gồm miếng tụ điện ghép nối tiếp với... điện áp sơ cấp Khi điện áp tăng, giá thành loại BU kiểu điện từ tăng nhanh cách điện cao kích thước tỷ lệ với điện áp định mức , máy biến điện áp kiểu tụ phân áp cho điện áp cao có tính kinh tế