Nghiên cứu quá trình quá độ thao tác trong hệ thống cung cấp điện và các giải pháp khắc phục quá điện áp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - LÊ ĐẮC TRUNG ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH QUÁ ĐỘ THAO TÁC TRONG HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN VÀ CÁC GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC QUÁ ĐIỆN ÁP LUẬN VĂN THẠC SỸ NGÀNH: HỆ THỐNG ĐIỆN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: LÃ VĂN ÚT HÀ NỘI – 2008 Giải pháp giảm điện áp thao tác hệ thống cung cấp điện MỤC LỤC Luận văn gồm 05 chương : Mục lục Lời mở đầu Chương I CÁC LÝ THUYẾT VỀ QUÁ TRÌNH QUÁ ĐỘ I.1 Quá độ mạch đơn giản…………………………………………………5 I.2 Qui tắc Petexen………………………………………………………………12 I.3 Quá độ mạch pha………………………………………………… 17 I.4 Các định nghía áp hệ thống điện…………………………… 30 Chương II CÁC HIỆN TƯỢNG QUÁ ÁP THAO TÁC DO ĐÓNG CẮT TỤ BÙ VÀ HIỆN TƯỢNG CỘNG HƯỞNG SẮT TỪ II.1 Quá áp thao tác đóng cắt tụ bù…………………………………………49 II.2 Quá áp cộng hưởng sắt từ……………………………………………….59 Chương III CƠNG CỤ TÍNH TỐN Q TRÌNH Q ĐỘ III.1 Chương trình mơ q trình q độ điện từ PSCAD/EMTDC…….67 III.2 Mơ hình phần từ tính tốn q trình q độ………………………….68 III.3 Ví dụ mơ chương trình PSCAD/EMTDC………………… 75 Chương IV KHẢO SÁT CÁC HIỆN TƯỢNG QUÁ ĐỘ KHI THAO TÁC ĐÓNG CẮT IV.1 Sơ đồ thay mạch điện………………………………………………… 77 IV.2 Kết mơ chương trình PSCAD/EMTDC………………….79 IV.3 Tính tốn phân tích q áp thao tác lưới điện Cty Điện lực Đà Nẵng.86 IV.4 Công nghệ đo lường giá trị độ……………………………………….…91 Giải pháp giảm điện áp thao tác hệ thống cung cấp điện Chương V CÁC GIẢI PHÁP GIẢM QUÁ ĐIỆN ÁP THAO TÁC TRONG HỆ THỐNG CUNG CẤP ĐIỆN V.1 Hạn chế điện áp đóng cắt………………………………………………93 V.2 Hạn chế điện áp cộng hưởng sắt từ……………………………… 97 V.3 Các giải pháp lắp đặt thu lôi van hạn chế áp .……………105 KẾT LUẬN & KIẾN NGHỊ TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC Giải pháp giảm điện áp thao tác hệ thống cung cấp điện LỜI MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài mục đích nghiên cứu Ngày hệ thống điện khu vực ngày phát triển rộng khắp Tương tự hệ thống điện thành phố lớn Việt Nam, hệ thống điện thành phố Đà Nẵng phát triển để đáp ứng nhu cầu phụ tải ngày tăng Khi hệ thống điện phát triển có nhiều thiết bị điện công suất lớn: Máy biến áp, động điện Để bù công suất phản kháng phải lắp đặt nhiều thiết bị tụ bù Chiều dài đường dây cấp điện lớn để tăng vẻ mỹ quan nội thành nhiều khu vực phải ngầm hoá lưới điện Nhiều tuyến cáp ngầm sử dụng Khi đóng cắt điện thiết bị lưới điện thường xảy tượng độ Hiện tượng q điện áp q dịng điện xung kích với biên độ lớn gây hại đến thiết bị, hệ thống có thiết bị đấu nối vào ảnh hưởng đến chất lượng điện: Quá điện áp, khuyếch đại điện áp, phóng điện hồ quang…Các nguyên nhân thường gây nguy hiểm cho công nhân vận hành, hư hỏng thiết bị: máy biến áp tụ bù, cáp ngầm, thu lôi van, tạo tín hiệu gây tác động nhầm cho rơle bảo vệ mạch giám sát, điều khiển …Trong tiêu chuẩn thiết kế, quy phạm lắp đăt, qui trình vận hành chưa nêu kỹ vấn đề Do việc nghiên cứu khảo sát trình độ thao tác đưa giải pháp khắc phục tượng có ý nghĩa mang lại hiệu quản lý vận hành lưới điện Ngoài kết nghiên cứu đề tài làm tài liệu tham khảo để đề xuất bổ sung qui trình vận hành thiết bị tiêu chuẩn công tác dùng thiết kế lắp đặt thiết bị Đối tượng nghiên cứu đề tài là: khảo sát, phân tích tượng độ thao tác đóng cắt điện cho thiết bị điện cao thế: đóng cắt điện máy biến áp dung lượng lớn, động điện công suất lớn, tụ bù tĩnh, cáp ngầm đường dây khơng có chiều dài lớn Phạm vi nghiên cứu đề tài: Chỉ nghiên cứu áp dụng cho thiết bị thuộc lưới phân phối với cấp điện áp 22kV, 35kV, 110kV Giải pháp giảm điện áp thao tác hệ thống cung cấp điện Nội dung phương pháp nghiên cứu Để khảo sát, phân tích đưa giải pháp khắc phục tượng độ xảy thiết bị q trình đóng cắt, đề tài phải thực nhiệm vụ sau: 1- Nghiên cứu đặc điểm thiết bị đóng cắt thiết bị bảo vệ 2- Nghiên cứu phương pháp tính tốn q trình q độ thao tác lưới phân phối 3- Chọn áp dụng chương trình mơ phù hợp xác 4- Khảo sát trình độ thao tác trường hợp 5- Đưa giải pháp khắc phục lắp đặt chọn thiết bị đóng cắt phù hợp Thu thập thông tin từ thực tế lưới điện Điện lực Đà Nẵng: Thực tế lắp đặt thiết bị, tìm hiểu bất cập quản lý vận hành thiết bị đóng cắt Sử dụng phần mềm chuyên dụng thích họp đề nghiên cứu: Chương trình PSCAD/EMTDC Kiểm nghiệm thực tế kết nghiên cứu Cấu trúc luận văn Với mục đích nội dung nghiên cứu nêu luận văn thực trình bầy chương sau: Chương Các Lý thuyết trình độ Chương Các tượng áp thao tác đóng cắt tụ bù tượng cộng hưởng sắt từ Chương Cơng cụ tính tốn q trình độ Chương Khảo sát tượng độ thao tác đóng cắt Chương Các giải pháp điện áp thao tác hệ thống cung cấp điện Giải pháp giảm điện áp thao tác hệ thống cung cấp điện Chương I CÁC LÝ THUYẾT VỀ QUÁ TRÌNH QUÁ ĐỘ 1.1 QUÁ TRÌNH QUÁ ĐỘ Ở MẠCH ĐƠN GIẢN 1.1.1 Quá độ mạch RL với nguồn xoay chiều: u(t) = UmSin(ωt + θ) Xét sơ đồ mạch: Hình 1.1 Với nguồn xoay chiều hình sin, đóng mạch thời điểm t = Hệ phương trình vi phân mơ tả trình độ (QTQĐ): Ri + L di = Umsin(ωt + θ) dt = Umsinωt.cosθ + cosθ.sinωt) Dưới dạng tốn tử ta có: R.I(p) + Lp.I(p) = Li(+0) + Um( ω cos θ ω cos θ + ) 2 p +ω p +ω2 Với điều kiện đầu i(+0) = Ta có: R.I(p) + Lp.I(p) = Um( I(p) = ( ω cos θ ω cos θ + ) 2 p +ω p +ω2 ω cos θ ω cos θ + ) 2 p +ω p +ω2 I(p) = Um ω cos θ ω cos θ ( + ) R + pL p + ω p +ω2 I(p) = Um Um ω cos θ ω cos θ ( + ) R L L + p p +ω p +ω2 Đặt α = R L I(p) = p Um 1 Um ω.cosθ [ ]+ sinθ [ ] L (α + p ) ( p + ω ) L (α + p ) ( p + ω ) Với ảnh : I(p) = ω cos θ ω cos θ Um Um ( + ) L α + p p +ω p +ω2 Giải pháp giảm điện áp thao tác hệ thống cung cấp điện 1 1 = [ - ] 2 2 (α + p ).( p + ω ) (ω + α ) (α + p ) ( p + ω ) Tìm gốc: L -1 1 α = [ e-αt - cosωt + sinωt ] 2 ω (α + p).( p + ω ) (ω + α ) Với ảnh : p α α⋅p ω2 = [ + + ] − ( p + α) ( p2 + ω2 ) ( p2 + ω2 ) (α + p ).( p + ω ) (ω + α ) Tìm gốc: L -1 p = [ -αe-αt + αcosωt + ωsinωt ] 2 (α + p ).( p + ω ) (ω + α ) Như gốc dòng điện mạch: i(t) = α Um Um [ e-αt - cosωt + sinωt ] + [ -αe-αt + αcosωt + ωsinωt ] 2 ω L(ω + α ) L(ω + α ) Víi : cosϕ = tgϕ = ωL = R R R = Z ( R + ω L2 )1 / ω α α= sinϕ = ωL Z = ωL ( R + ω L2 )1 / 2 R L Suy ra: cosϕ = ω (α + ω )1 / 2 sinϕ = α (α + ω )1 / 2 Sau biến đổi ta có biểu thức cuối dịng điện mạch: i(t) = Um [sin(ωt + θ − ϕ ) − sin(θ − ϕ )e −αt ] 2 1/ (R + ω L ) Đồ thị biểu diễn dịng qua mạch: Hình 1.2 Giải pháp giảm điện áp thao tác hệ thống cung cấp điện 1.1.2 Quá độ mạch LC với nguồn chiều: u(t) = E Sơ đồ mạch : Hình 1.3 E=L di + idt dt C ∫ Lập sơ đồ tốn tử: Phương trình K2 dạng đại số với ảnh toán tử: U (+0) E I( p ) + Li (+0) − c = pL.I ( p ) + p p pC U (+0) E + Li (+0) − c = ( pL + ) I ( p) p p pC Với điều kiện đầu: i(+0) = Uc(+0) = E = ( pL + ) I ( p) p pC I ( p) = = E ο( p pL + E L( p + LC pC ) )= = E p ( pL + pC ) = E p L + C1 ) Eω E = L( p + ω ) ω L( p + ω 02 ) Tìm gốc i(t): L -1 Eω E = sinω0t 2 ω L( p + ω ) ω L Trong trường hợp tụ nạp trước Uc(0) I( p ) E U c (+0) − = pL.I ( p ) + p p pC pL.I ( p ) + ( pL + I( p ) E - U c (+0) = pC p E - U c (+0) ) I ( p) = pC p I ( p ) = E − U c (+0) ⋅ ⋅ p ( pL + ) pC Giải pháp giảm điện áp thao tác hệ thống cung cấp điện L = E − U c (+0) ⋅ ⋅ ( p2 + L ) C = [ E − U c (0)][ ω0 ] ω L ( p + ω 02 ) ⋅ Tìm gốc i(t): i(t) = L -1 { [ E − U (0)][ i(t) = [ E − U c (+0)] ⋅ ω0 C ] } = [ E − U c (+0)] ⋅ ⋅ sin ω t L ω0 L ( p + ω0 ) ⋅ C ⋅ sin ω t L Điện áp tụ : U c ( p) = ω C E E − pL.I ( p ) = − pL[ E − U c (0)] ⋅ ⋅ o 2] p p L p + ωo U c ( p) = C p E − [ E − U c (0)] ⋅ L ⋅ ⋅ ωo p L p + ω o2 Tìm gốc u(t): E p u(t) = L -1 { − [ E − U c (0)] ⋅ L ⋅ C p } ⋅ ωo L p + ω o2 u(t) = E − [ E − U c (0)] ⋅ cos ω o t Đồ thị điện áp tụ : Hình 1.4 1.1.3 Quá độ mạch LC với nguồn xoay chiều: u(t) = UmSin(ωt +θ) Sơ đồ mạch : Giải pháp giảm điện áp thao tác hệ thống cung cấp điện Hình 1.5 Điện áp tụ : u(t) = U m ⋅ (sin ω o t + θ ) − U m ⋅ sin θ cos LC t Dòng tụ : i(t) = CU c' = C[ U m ⋅ (sin ω o t + θ ) − U m ⋅ sin θ cos LC = ωCU m ⋅ (cos ω o t + θ ) + U m ⋅ sin θ ⋅ C ⋅ sin ’ t] LC t Đồ thị dịng qua tụ: Hình 1.6 1.1.4 Cộng hưởng mạch RLC với nguồn xoay chiều: u(t) = UmSin(ωt +θ) Xét tượng cộng hưởng sơ đồ pha gồm điện dung , điện cảm tuyến tính phi tuyến L điện trở tác dụng R đấu vào nguồn điện áp U Các sơ đồ ba pha hệ thống điện tình trạng thao tác cố khơng đối xứng kể thay sơ đồ pha đằng trị Giải pháp giảm điện áp thao tác hệ thống cung cấp điện 107 5.3.1.1 Chiều dài dây đấu nối thu lôi van: Là vấn đề quan trọng cần xét đến việc thiết kế lắp đặt đấu nối chống sét van gắn cột với hộp đầu cáp trung áp Việc tính tốn biên hạn bảo vệ từ thơng số kỹ thuật chống sét van khơng tính đến biến số Chiều dài dây nối chiều dài tổ hợp chiều dài nối tới đường dây chiều dài nối đến vị trí nối đất, nối tiếp với chống sét van nối song song với thiết bị cáp bảo vệ Ví dụ, Hình 1, ta thấy chống sét van lắp gần hộp đầu cáp trung áp, chiều dài dây nối tới đường dây 12inches, chiều dài dây nối đến vị trí nối đất 12inches Vì vậy, tổng chiều dài dây nối chống sét van 24inches Phương pháp thường chấp nhận việc xác định ảnh hưởng chiều dài dây dẫn tác động chống sét van dùng điện cảm 0.4 microH/1foot (0,3m) chiều dài dây nối tốc độ tăng/1micro giây dịng sét 4000A, để xác Hình 5.15: Bố trí lắp CSV hộp đầu cáp trung áp cột chuyển tiếp, loại bớt 12inch chiều dài dây nối tới đường dây, 12inch chiều dài dây nối đến đất Giải pháp giảm điện áp thao tác hệ thống cung cấp điện 108 định điện áp rơi Ldi/dt hệ thống lắp đặt Khi sử dụng phương pháp này, phép tính tốn rằng, điện áp phóng chống sét van cọng thêm 1,67kV 0,3m chiều dài dây nối Sự tăng điện áp phóng làm giảm cách thực tế phạm vi biên hạn bảo vệ hệ thống Với cách lắp đặt hình 1, làm tăng điện áp phóng định mức chống sét van 10kA cột chuyển tiếp từ 52kV lên 55.2kV, cọng thêm 24inches chiều dài dây nối Trong mà tăng điện áp phóng có vẽ tương đối nhỏ, chủ yếu bạn nên xem xét ảnh hưởng điện áp tăng gấp đôi, đề cập đây, điện áp tăng gấp đôi làm giảm BIL PM từ khoảng 17% xuống 12% Như bạn thấy điều quan trọng phải làm cho chiều dài dây nối ngắn tốt trường hợp chống sét van, đặc biệt trường hợp bảo vệ cáp ngầm Hình 5.15 cách lắp đặt tương tự, khác ta nối dây nối đến đường dây trực tiếp vào chống sét van trước đến hộp đầu cáp trung áp Điều gần loại trừ hoàn toàn chiều dài dây nối phía đường dây chống sét van, theo định nghĩa khơng có dây nối nối tiếp với chống sét van, song song với hộp đầu cáp Tổng chiều dài lúc giảm xuống 12inches, chiều dài từ chống sét van đến vị trí nối đất Hình 5.16: Bố trí lắp CSV hộp đầu cáp trung áp cột chuyển tiếp, có chiều dài dây nối khơng Do nối dây nối tới đường dây dây nối tới đất trực tiếp vào CSV Giải pháp giảm điện áp thao tác hệ thống cung cấp điện 109 Hình 5.16 phương pháp khác làm giảm chiều dài dây Lúc này, chống sét van lắp hộp đầu cáp trung áp vị trí nối đất cột Với cách lắp đặt chiều dài dây nối tới đường dây chiều dài dây nối đến vị trí nối đất không Như vậy, chiều dài dây không gây ảnh hưởng bất lợi đến đặc tính bảo vệ hệ thống lắp đặt Luôn nhớ việc áp dụng chống sét van gắn cột tuyến phịng thủ bạn Để áp dụng có hiệu hệ thống bảo vệ áp đầy đủ, bạn phải kết hợp việc sử dụng thiết bị phân dịng cơng suất lớn đầu vào làm việc với thiết bị giảm dần điện áp Nếu bạn khơng làm đúng, bạn gặp phải rủi ro có lượng múc không xử lý bảo vệ đặt trước, gây hư hỏng cho thiết bị phụ tải đấu nối Mới nhìn, xét mặt bảo vệ thiết bị điện tử nhạy cảm thiết bị khỏi xung áp cảm ứng, việc vận hành hệ thống dây dẫn ngầm mạch điện thông tin/ điều khiển dường có vẽ thiết thực so với đường dây không Điều không thế, lý sau: - Đất dây dẫn - Phần lớn hệ thống đặt ngầm sử dụng ống dẫn phi kim loại (một số bọc bêtông) để bảo vệ va đập vật lí Đối với cáp ngầm, việc bị sét đánh trực tiếp điều khó hình dung Tuy nhiên, tượng tương tự tượng tác động tới đường dây khơng có xảy Do phóng điện sét, nên trường điện từ cảm ứng không bề mặt đất mà cảm ứng thân đất Những trường điện từ với dịng điện điện áp, giảm theo tỷ lệ bình phương với khoảng cách từ điểm sét đánh với điện trở đất Trường dao động nhanh đất cảm ứng nên dòng điện điện áp đối tượng lân cận cáp ngầm ống dẫn phi kim loại đặt mương Ngược lại, dòng điện điện áp cảm ứng tạo điện từ trường khác, có tác dụng chống lại trường tạo sét Một phóng điện phụ có điện áp cao lúc xảy để cố cân điện trường, dó gây nên nhiễu loạn mạch ngầm mạch vòng nối đất làm gián đoạn tín hiệu mạch truyền liệu thông tin Các nhiểu loạn phát sinh đòi hỏi bạn phải cung cấp mức bảo vệ xung áp cao Giải pháp giảm điện áp thao tác hệ thống cung cấp điện 110 Nếu bạn sử dụng cáp ngầm đặt ống dẫn kim loại đặt mương bêtơng hiệu bảo vệ mạch thiết bị nhạy cảm khỏi trường điện từ Các ống dẫn phi kim loại khơng có đặc tính bảo vệ 5.3.1.2 Đấu nối thu lơi van: Xác định tính quan trọng việc bảo vệ áp xung lưới phân phối Bước việc giảm tác động điện áp để kéo dài tuổi thọ thiết bị cách điện sử dụng chống sét van MOV, loại có mức điện áp phóng thấp loại Si-C.Chống sét van loại Si-C với tuổi thọ 50 năm số nhà chế tạo sản xuất số công ty sử dụng việc bảo vệ trạm biến áp treo cột Tuy nhiên, hầu hết công ty chuyển sang dùng loại MOV để bảo vệ phần quan trọng tốn chi phí để thay đối H 5.17 với hệ thống họ Bước sử dụng phương pháp đấu nối tối ưu dây dẫn chống sét van Tác động điện áp xung lớn xảy sét đánh đường dây khơng có tốc độ tăng cao (rate-of-rise) nhanh Dịng điện phóng chống sét van mà đạt tới đỉnh 1às sinh điện áp lớn 10% chống sét van MOV 30% chống sét van SiC so với số liệu điện áp phóng IR catolog chống sét van, thiết lập cách dùng sóng thử nghiệm tiêu chuẩn 8µs Cùng với điện áp xung đặt chống sét van điện áp cảm ứng L.di/dt dây dẫn mang dòng xung Điện cảm dây (L) số, thơng thường 0.4µH/foot Tốc độ tăng cao dòng điện sét (di/dt) thay đổi theo cú sét Nhân đại lượng cho điện áp cảm ứng (kV) rơi 1foot chiều dài dây nối Ví dụ, dịng phóng 10kA đạt tới đỉnh 1às, tạo di/dt = 10kA/às, sinh điện áp rơi Giải pháp giảm điện áp thao tác hệ thống cung cấp điện 111 dây nối 0.4x10= 4kV/foot Nếu thời gian để đạt đến đỉnh dịng điện 8às điện áp cảm ứng 0,5 kV/foot Ngày biết dịng điện phóng chống sét van có tốc độ tăng nhanh phổ biến so với trước Trước năm 1980, sét gây nên dịng phóng chống sét van có tốc độ tăng 4kA/às, đo, với xác suất thấp nên bỏ qua cách an tồn thực tế Vào cuối năm 70, việc đo dòng xung chống sét van xác thực cho thấy tốc độ tăng dòng đạt 13kA/µs nửa chu kì phóng, giá trị cực đại đạt tới 60kA/µs Để phù hợp với giá trị này, dự đoán thực điện áp rơi dây nối lắp đặt chống sét van thường vào khoảng 6kV/foot- giá trị sử dụng để tính tốn biên hạn bảo vệ (protective margin) điều kiện (độ dốc) mặt xung tăng nhanh (fast-front surge) Biên hạn bảo vệ tỷ lệ phần trăm mà độ bền điện (insulated strenght) thiết bị vượt qua điện áp xung lớn cho phép hệ thống điện nhờ vào chống sét van Độ bền điện BIL (Basic Insulation Level -Mức cách điện bản) đỉnh xung khu vực thời gian 8às (sét chậm), CWW (khả chịu đựng sóng cắt) khu vực thời gian 2às (sét nhanh) cách điện nạp dầu Giá trị CWW thường cao BIL khoảng 15% hệ thống cho Đối với cáp, CWW thường BIL xem vừa phải Biên hạn bảo vệ xác định cách so sánh độ bền điện với điện áp xung lớn nhất, xem xét miền thời gian lấy giá trị nhỏ biên hạn làm bảo vệ áp thực cho hệ thống áp dụng Các máy biến áp cột bảo vệ tốt chống sét van treo vỏ máy, cách lắp đặt gần loại bỏ hoàn toàn dây nối chống sét van nối nối tiếp Tuy nhiên, thiết bị hệ thống phân phối sinh hoạt ngầm (URDUnderground Residential Distribution) thường sử dụng cách lắp chống sét van Hình 5.17 Cách lắp đặt phổ biến Với cách lắp đặt dây nối chống sét van dài, làm tăng đáng kể tác động điện áp xung cách điện dao cách ly cáp Chiều dài dây nối chống sét van chiều dài tổ hợp dây nối tới đường dây không dây nối tới đất nối nối tiếp với chống sét van nối song song với thiết bị bảo vệ( trường hợp máy biến áp) Giải pháp giảm điện áp thao tác hệ thống cung cấp điện 112 Hình 5.17 cho thấy cách lắp đặt với dây nối chống sét van dài phía đường dây Chiều dài từ đỉnh chống sét van đến dao cách ly khoảng feet Vì vậy, feet chiều dài dây nối đến đường dây tăng thêm 24kV vào điện áp chống sét van suốt chịu xung sét có mặt xung tăng nhanh Biên hạn bảo vệ thiết bị hình cải thiện cách dịch chuyển việc đấu nối vào đường dây theo cách tạo đấu nối vào chống sét van trước đấu nối vào dao cách ly Bảng cho thấy biên hạn bảo vệ chống sét van thiết bị lắp cột đường dây không thay đổi với loại chống sét van lưới phân phối chiều dài dây nối khác ND (Normal Duty- chế độ bình thường) HD (Heavy Duty - Chế độ nặng nề) Các nghiên cứu ích lợi việc vận hành (performance) hệ thống URD độ tin cậy tăng lên giảm thiểu tác dụng điện áp xung máy biến áp cáp Bảng 1: Biên hạn bảo vệ, MBA phân phối cột – 13,2kV Độ bền điện 95kV BIL (110kV CWW) - CSV bảo vệ 10kV- Dịng phóng 10kA Số liệu CSV Biên hạn bảo vệ tối thiểu (%) Loại 10kA IR(kV) 0’ 4’ 8’ 10’ Ohio - Brass dây dây dây dây 8µs 0,5µs nối nối nối nối DA III 38 49 124 51 13 (ND SiC) PDV 65 36 41 164* 69 24 (ND MOV) PDV 100 32 36,5 197* 82 30 14 (HD MOV) * Biên hạn dựa BIL Biên hạn khác dựa CWW Sự phá huỷ tác dụng điện áp xung hệ thống URD tiêu chuẩn tích luỷ dần Khác với cách điện máy biến áp, hầu hết cách điện cáp điện mơi rắn có “bộ nhớ” Mỗi xung điện áp góp phần phá huỷ dần cuối gây hỏng cáp Các nhà sản xuất cáp cải thiện hợp chất cách điện để làm chậm lại hậu hỏng hóc Tuy nhiên, cáp ngầm lắp đặt Giải pháp giảm điện áp thao tác hệ thống cung cấp điện 113 nhiều, tuổi thọ phục vụ tối đa đạt cách giảm tác động q áp khơng cần thiết Sóng điện áp xung lan truyền dọc cáp ngầm với tốc độ 500feet/às, khoảng 1/2 tốc độ ánh sáng Khi xung truyền đến điểm có trở kháng cao, dao cắt hở mạch máy biến áp, phản xạ lại, giống sóng chạm phải đập ngăn nước biển Điều làm tăng gấp đôi điện áp điểm phản xạ dọc chiều dài cáp, sóng đến sóng phản xạ xếp chồng Cịn với chống sét van lắp điểm có trở kháng cao hệ thống, có số phản xạ xảy khoảng thời gian ngắn làm cho chống sét van “kích hoạt” bắt đầu hạn chế điện áp Với chống sét van MOV điểm trở kháng cao, phản xạ cục chừng 1,3 giá trị định mức MCOV Trong trường hợp khác, chủ yếu giảm đến tối thiểu xung điện áp cho phép hệ thống cách lắp đặt với dây nối ngắn chống sét van (điện áp) phóng điện thấp cột đỡ chuyển tiếp nối đường dây không đầu cực hệ thống ngầm Ở hệ thống phân phối 15kV, sở kinh nghiệm vận hành công ty riêng lẻ, mặt kinh tế, việc chống sét van tốt cột đỡ chuyển tiếp, cung cấp tất bảo vệ xung chứng minh tin cậy hệ thống cáp Đối với lưới 35kV, mức cách điện 150kV BIL, bảo vệ điện áp xung thích hợp khơng thể đạt được, điểm phản xạ có trở kháng cao trang bị chống sét van, loại bỏ cách dùng cấu trúc vịng kín khơng có điểm hở Bảng 2: Biên hạn bảo vệ, MBA phân phối cột – 13,2kV 95kV Độ bền điện BIL - CSV 10kV cột chuyển tiếp - Dịng phóng 10kA, Điện áp xung gấp đôi phản xạ Số liệu CSV Biên hạn bảo vệ tối thiểu (%) Loại 10kA IR(kV) 0’ 1’ 2’ 3’ Ohio - Brass 8µs dây dây dây dây 0,5µs nối nối nối nối DA IV 36 47 -10 -19 -27 (ND SiC) PDV 100 32 36,5 30 12 -2 -13 (HD MOV) PVR 26,5 28,5 67 38 17 (RP MOV) Giải pháp giảm điện áp thao tác hệ thống cung cấp điện 114 Bảng 3: Biên hạn bảo vệ, MBA phân phối cột – 24,9kV Độ bền điện 125kV BIL - CSV 18kV cột chuyển tiếp - Dịng phóng 10kA, Điện áp xung gấp đôi phản xạ Số liệu CSV Biên hạn bảo vệ tối thiểu (%) Loại Ohio Brass 10kA IR(kV) 0’ dây nối 1’ dây nối 2’ dây nối 3’ dây nối -28 -33 -37 -40 8µs 67 0,5µs 87 PDV (HD MOV) 60 68 -8 -16 -22 -27 PVR (RP MOV) 48 51,4 22 -1 -10 DA IV (HD SiC) Bảng so sánh biên hạn bảo vệ hệ thống URD khác 13.2kV 24.9kV, cách dùng loại chống sét van Một chống sét van côt đỡ chuyển tiếp RP (viết tắt Riser Pole) thiết kế đặc biệt cho ứng dụng Ví dụ hệ thống ngầm 24, 9kV bảng 4, có chống sét van điểm phản xạ chống sét van gắn cột đỡ chuyển tiếp.Các ví dụ dựa điều kiện gay gắt, thơng thường (điện áp) phóng điện sét có mặt sóng nhanh (fast- front), mà sinh điện áp rơi cảm ứng 6kV/ft dây nối nối tiếp chống sét van Bảng 4: Biên hạn bảo vệ, MBA phân phối cột – 24,9kV Độ bền điện 125kV BIL - CSV 18kV cột chuyển tiếp Dịng phóng 10kA, Điện áp xung gấp đôi phản xạ Số liệu CSV Biên hạn bảo vệ tối thiểu (%) Loại 10kA 0’ 1’ 2’ 3’ Ohio IR(kV) dây dây dây dây Brass 8µs 0,5µs nối nối nối nối DA IV 67 87 17 11 (HD SiC) PDV 60 68 42 33 25 18 (HD MOV) PVR 48 51,4 75 62 50 40 (RP MOV) Giải pháp giảm điện áp thao tác hệ thống cung cấp điện 115 Cần ý cải thiện đáng kể biên hạn bảo vệ chiều dài dây nối giảm tối thiểu loại trừ Biên hạn bảo vệ bảng đến tính đến số tổn hao độ bền điện tác dụng “nhớ” cách giả định CWW với BIL hệ thống Hình cách lắp đặt chống sét van tương ứng với cột “2’ dây nối ” bảng từ đến Tương tự, dây nối chống sét van bao gồm chiều dài dây nối đến đường dây dây nối đất nối nối tiếp với chống sét van Và nối song song với thiết bị bảo vệ (trong trường hợp hộp đầu cáp) Hay nói cách khác, dây nối chống sét van dây mang dòng xung qua chống sét van Và nối vào đầu cáp Hình 5.18 cách đấu nối tương tự ngoại trừ việc nối dây cần đến chống sét van trước đến đầu cáp Với cách đấu nối loại trừ hoàn toàn chiều dài dây nối phía đường dây, dây nối đến đường dây mang dịng xung qua chống sét van khơng song song với đầu cáp Cách đấu nối hình thêm bước vào cách hình cách gắn chống sét van đầu cáp nối đất cột, dây nối đất đưa đến chống sét van trước sau đến đế đầu cáp Phương pháp đấu nối bỏ qua hoàn toàn chiều dài dây nối chống sét van tương ứng với cột “0’ lead ” bảng 2, 3, khơng có dòng xung chạy qua dây nối vào đường dây dây nối đến đất chống sét van đầu cáp.Vì điện áp xung trong đầu cáp giảm tối thiểu Kết luận: Điều then chốt lắp đặt chống sét van, việc sử dụng khả bảo vệ đầy đủ chúng thực quy tắc gần tốt Đưa đường dây nối đất đến chống sét van trước, sau nối vào các đầu cực thiết bị bảo vệ Qui tắc áp dụng cho đường dây không cáp ngầm Đối với hệ thống ngầm, nơi mà điện áp xung gây hư hỏng cho hầu hết cáp điện môi rắn, biên hạn bảo vệ bị Giải pháp giảm điện áp thao tác hệ thống cung cấp điện 116 giảm thiểu phản xạ điện áp, bắt buộc phải giữ cho dây nối chống sét van ngắn tốt Tính tốn chiều dài dây nối: Điện áp cảm ứng rơi dây nối mang dòng xung hàm điện cảm dây nối L (thường 0.4 àH/ft) tốc độ tăng dòng dung di/dt Vì V=L.(di/dt) (a) Sử dụng dây dài feet với di/dt = 8/20 às, dòng xung 10kA, ta có: V = điện áp rơi / foot chiều dài dây = L.di/dt = 0.4 µH/ft x 10KA/8µ Sec = 0.4 x 10-6H/ft x 10kA/8 x 10-6 Sec = 0.5 kV/ ft Do đó, dây nối dài feet, điện áp rơi 0.5x6= kV (b) Với dây nối dài feet, dòng xung với độ tốc độ biến thiên nhanh đạt giá trị cực đại 10kA khoảng thời gian 0.5 ẳ s Tương tự ví dụ trên, ta có: V = 0.4 µH / ft x 10kA/ 0.5 µs = kV/ ft Khi đó, điện áp rơi x = 48 kV./ Kết luận: Tóm lại giải pháp để hạn chế áp thao tác là: + Thiết kế thích hợp ngăn ngừa cộng hưởng sắt từ + Chọn lựa thiết bị: máy biến áp, cáp ngầm, thu lơi van, thiết bị đóng cắt phù hợp + Bố trí lắp đặt thiết bị phù hợp: Vị trí đặt thu lơi van + Hạn chế sử dụng thiết bị đóng cắt đơn pha + Sử dụng máy cắt có rơle đồng + Có qui trình thao tác phù hợp xử lý cố + Qua mô nhận thây việc cắt tụ, máy biến áp nguy hiểm nhiều đóng điện Tuy nhiên việc lắp đặt thu lôi van máy biến áp phải kỹ thuật ngăn ngừa áp cộng hưởng đóng cắt tụ bù gây Giải pháp giảm điện áp thao tác hệ thống cung cấp điện 117 KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ: Hiện tượng độ dù xảy thời gian ngắn, để lại hậu đáng xem xét Các tượng áp thao tác đóng cắt thiết bị đơi làm hư hỏng thiết bị, gây tai nạn cho người quản lý vận hành Mặt khác gây ảnh hưởng đến nhiễu tín hiệu hệ thống thông tin liên lạc khác Ngày nhiều thiết bị điện tử công nghệ cao Đòi hỏi yêu cầu phải đáp ứng chất lượng điện Các tiêu chuẩn chất lượng điện theo tiêu chuẩn quốc tế ngày nghiêm ngặt Tại số nước Đông Nam Á gần với Việt Nam, chẳng hạn Thái Lan, người ta tập trung nghiên cứu áp dụng nhiều cơng trình vào giải vấn đề chất lượng điện (PQ-Power Quality) Để đáp ứng phần yêu cầu nêu trên, luận văn tập trung vào nghiên cứu tượng áp thao tác thiết bị đóng cắt lưới điện Các trường hợp áp thao tác thường xảy lưới điện phân phối, qui phạm thiết kế qui trình vận hành chưa đề cập đầy đủ vấn đề Trong phần nghiên cứu sở tính tốn q trình q độ, luận văn vận dụng giải tốn toán độ đơn giản, độ pha, toán Petexen phương pháp toán tử Laplace Các đồ thị biểu diễn giá trị độ áp dịng kết tốn chứng minh tính đắn chương trình sử dụng cho mơ Phần áp dụng tính tốn cho hai trường hợp xảy áp nội bộ: Trường hợp đóng cắt tụ bù trung trường hợp xảy cộng hưởng sắt từ Luận văn sử dụng chương trình PSCAD/EMTDC (Power System CAD/Electromagnetic transients Program) hãng Monitoba HVDC Chương trình sử dụng phổ biến trung tâm nghiên cứu Thái Lan, đặc biệt chương trình dùng để mô cho đường dây 500kV Việt Nam Kết mơ từ chương trình hoàn toàn phù hợp với thực tế cố xảy lưới điện thuộc Công ty Điện lực Đà nẵng Bên cạnh việc sử dụng chương trình mơ phỏng, luận văn cịn đưa phương pháp tính tốn trường hợp xảy cộng hưởng sắt từ gây áp lưới điện Giải pháp giảm điện áp thao tác hệ thống cung cấp điện 118 Kết tính tốn có ý nghĩa cho việc thiết kế cấp điện có sử dụng cáp ngầm, góp phần làm sở cho việc xây dựng qui phạm thiết kế biên soạn qui trình thao tác cho cơng nhân vận hành Qua kết tính tốn mơ trường hợp thao tác đóng cắt tụ bù trung thế, đóng điện cho cáp ngầm-máy biến xảy áp nguy hiểm cho người vận hành hư hỏng thiết bị từ khuyến cáo cho người cơng nhân thao tác thiết bị điện cao có biện pháp phịng ngừa Qua nghiên cứu cho thấy trình độ xảy thao tác đóng cắt tụ bù tĩnh lưới phụ thuộc thời điểm đóng hay cắt Do cần trang bị relay đồng cho mạch đóng cắt cụm tụ bù dung lượng lớn cấp 110kV Relay đồng giúp máy cắt đóng cắt tối ưu làm tăng tuổi thọ cho máy cắt Ngoài hạn chế áp lưới điện góp phần nâng cao chất lượng điện, mục tiêu mà EVN đặt để thực Tuy nhiên thời gian nghiên cứu có hạn nên luận văn chi giới hạn nghiên cứu điện áp độ ( gọi điện áp thao tác) lưới điện phân phối Trong chưa đề cập đầy đủ đến lưới truyền tải chưa tính đầy đủ yếu tố ảnh hưởng khác Trong phạm vi áp dụng chương trình PSCAD/EMTDC rộng, trung tâm nghiên cứu giới sử dụng phổ biến Với mong muốn hoàn thiện đề tài này, tác giả luận văn lần xin tỏ lòng trân trọng cám ơn thầy cô trường Đại học Bách khoa Hà nội đồng nghiệp mong nhận góp ý Tác giả luận văn cố gắng tiếp tục nghiên cứu phát triển đề tài góp phần xây dựng hệ thống điện thuộc Cơng ty điện lực Đà Nẵng nói riêng hệ thống điện Việt Nam nói chung phát triển theo kịp nước khu vực Giải pháp giảm điện áp thao tác hệ thống cung cấp điện 119 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: 1- Lã Văn Út: Phân tích điều khiển ổn định HTĐ NXB Khoa học & Kỹ thuật 2001 2- Hoàng Việt: Kỹ thuật điện cao áp NXB Đại học quốc gia TP Hồ Chí Minh 2007 3- Võ Viết Đạn: Kỹ thuật điện cao áp Đại học Bách khoa Hà Nội, 1972 4- Trần Bách: Lưới điện & Hệ thống điện NXB Khoa học & Kỹ thuật 2004 5- Nguyễn Thị Minh Chước: Hướng dẫn thiết kế tốt nghiệp kỹ thuật điện cao áp, Hà Nội 2001 6- Trần Văn Tớp: Kỹ thuật điện cao áp – Quá điện áp & bảo vệ chống điện ápNXB Khoa học & Kỹ thuật 2007 Tiếng Anh: • Turan Gonen: Electric power transmission system engineering (Analysis and design) • Allan Greenwood: Electrical transients in power systems • Lou van der Sluis: Transients in Power Systems • Roger C.Dugan, Mark F.Mc Granaghan, Surya Santoso, H.Wayne Beaty: Electrical Power Systems Quality • Cooper Power Systems: Section – Capacitor Switching • Cooper Power Systems: Capacitor bank Manual 135-193, 2000 • ABB Buyer’s guide Application guide: Controller Switching • Daniel Mireanu: Transient Overvoltages in Cable system – 2007 • Pradit Fuangfoo (Research Division PEA Bangkok Thailand): Overvoltage and its Mitigation • Monitoba HVDC : Power System CAD/Electromagnetic transients Program (PSCAD/EMTDC progam) Giải pháp giảm điện áp thao tác hệ thống cung cấp điện 120 Giải pháp giảm điện áp thao tác hệ thống cung cấp điện PHỤ LỤC Các kết mơ từ chương trình PSCAD/EMTDC 1- Các sơ đồ nguyên lý lưới điện 2- Thông số kỹ thuật phần tử hệ thống điện 3- Các từ viết tắt 121 ... tốn q trình q độ Chương Khảo sát tượng độ thao tác đóng cắt Chương Các giải pháp điện áp thao tác hệ thống cung cấp điện Giải pháp giảm điện áp thao tác hệ thống cung cấp điện Chương I CÁC LÝ... để giải mạch độ phục hồi hình 14b phương pháp cổ điển Giải pháp giảm điện áp thao tác hệ thống cung cấp điện 30 1.4- CÁC ĐỊNH NGHĨA VỀ QUÁ ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 1.4.1 Định nghĩa áp Quá độ -... 47 Giải pháp giảm điện áp thao tác hệ thống cung cấp điện 48 Chương II CÁC HIỆN TƯỢNG QUÁ ĐIỆN ÁP THAO TÁC DO ĐĨNG CẮT TỤ BÙ VÀ HIỆN TƯỢNG CƠNG HƯỞNG SẮT TỪ Các nguồn tạo điện áp hệ thống điện