Nghiên cứu quá trình điện từ của máy biến áp khi đóng vào lưới điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN HÀ HUỲNH HUY VŨ NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH ĐIỆN TỪ CỦA MÁY BIẾN ÁP KHI ĐÓNG VÀO LƯỚI ĐIỆN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN •••• BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO Bình Định - 2020 TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN HÀ HUỲNH HUY VŨ NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH ĐIỆN TỪ CỦA MÁY BIẾN ÁP KHI ĐĨNG VÀO LƯỚI ĐIỆN Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 52 02 01 Người Hướng Dẫn: TS Đoàn Thanh Bảo LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan kết khoa học trình bày luận văn thành nghiên cứu thân suốt thời gian nghiên cứu Các kết đạt xác trung thực Tác giả luận văn Hà Huỳnh Huy Vũ ii LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, xin bày tỏ lời cảm ơn đến thầy hướng dẫn khoa học trực tiếp, TS Đoàn Thanh Bảo trực tiếp hướng dẫn, định hướng khoa học trình nghiên cứu Thầy dành nhiều thời gian hỗ trợ mặt để tơi hồn thành luận văn Tôi xin trân trọng cảm ơn Lãnh đạo Khoa Kỹ thuật & Công nghệ, trường Đại học Quy Nhơn, tạo điều kiện thuận lợi cho học viên suốt trình học tập nghiên cứu Chân thành cảm ơn Giảng viên cán Khoa Kỹ thuật & Công nghệ, hỗ trợ tận tình giúp đỡ trình thực luận văn Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban lãnh đạo Ban Quản lý Cấp Thoát nước huyện Tây Sơn, tạo điều kiện thuận lợi cho tập trung học tập nghiên cứu trường ĐH Quy Nhơn suốt thời gian qua Xin chân thànhcảm ơn quan tâm, giúp đỡ động viên đồng nghiệp Cuối cùng, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn đến cha mẹ, vợvà ln bên tơi lúc khó khăn, hỗ trợ tinh thần trình học tập nghiên cứu Tác giả luận văn Hà Huỳnh Huy Vũ MỤC LỤC •• Trang DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU •• Viết tắt Ý nghĩa MBA Máy biến áp CA Cao áp HA Hạ áp MBD Máy biến dòng PTHH Phần tử hữu hạn FEM Finite Element Method DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ •• Trang Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý máy biến áp pha Hình 1.2 Sơ đồ điện máy biến áp mang tải Hình 1.3 Sơ đồ thay MBA (hệ số biến đổi k=1:1) 10 Hình 1.4 Từ thơng mạch từ 10 Hình 1.5 Ảnh hưởng từ trễ đến đường cong dòng điện [2,18] 12 Hình 1.6 Dịng điện từ hóa với thành phần 12 Hình 1.7.Đường cong biểu diễn từ thơng a) s.đ.đ; b) tổ MBA ba pha nối Y/Y 13 Hình 1.8 Từ thơng điều hịa bậc ba 13 Hình 1.9 Dịng điện điều hịa bậc dây quấn nối Y/A 14 Hình 1.10.Từ thơng điều hòa bậc 14 Hình 1.11 Dịng điện điều hịa bậc dây quấn nối A/Y không tải 15 Hình 1.12.Dịng điện điều hịa bậc dây quấn nối Y/A 16 Hình 1.13.Tác dụng dòng điện i23 đấu dây quấn Y/A 16 Hình 2.1 Sơ đồ đóng MBA vào lưới điện lúc không tải 18 Hình 2.2 Sự biến thiên từ thơng o=f(t) lúc đóng mạch bất lợi 20 Hình 2.3 Mạch từ có mối ghép tù Hình 2.4 Mạch từ có mối ghép xen kẽ 450 21 Hình 2.5.Phân bố dịng điện đóng MBA nối - tam giác thời điểmdịng điện pha A cực đại .23 Hình 3.1 Quá trình giải tốn phương pháp PTHH [6] 29 Hình 3.1 Máy biến áp 250kVA phần mềm .31 a) Ansys Maxwell 2D b) Ansys Maxwell 3D .1 Hình 3.2 Chia lưới mơ hình 3D 32 Hình 3.3 Nhập giá trị cuộn CA 32 Hình 3.4 Nhập giá trị cuộn HA 32 Hình 3.5 Điện áp cuộn CA 34 Hình 3.6 Điện áp cuộn HA .34 Hình 3.7 Dịng điện HA định mức 35 Hình 3.8 Dịng điện CA định mức 35 Hình 3.9 Phân bố từ cảm B thời điểm t = 10ms (dạng Mag) 36 Hình 3.10.Phân bố từ cảm B thời điểm t = 10ms (dạng vectơ) 37 Hình 3.11 Đường khảo sát pha B 38 Hình 3.12.Từ cảm trụ pha B t =10ms 38 Hình 3.13.Phân bố từ cảm B thời điểm t = 500ms (dạng Mag) 39 Hình 3.14.Phân bố từ cảm B thời điểm t = 500ms (dạng vectơ) 39 Hình 3.15.Từ cảm trụ pha B t =500ms 39 Hình 3.16.Nhập giá trị cuộn CA 40 Hình 3.17.Nhập giá trị cuộn HA 40 Hình 3.18.Điện áp cuộn CA 41 Hình 3.19.Điện áp cuộn HA 41 Hình 3.20.Dịng điện HA khơng tải 42 Hình 3.21.Dịng điện CA không tải khoảng 0,5s 42 Hình 3.22.Phân bố từ cảm B thời điểm t = 10ms (dạng Mag) 43 Hình 3.23.Phân bố từ cảm B thời điểm t = 10ms (dạng vectơ) 44 Hình 3.24.Đường khảo sát pha B 44 Hình 3.25.Từ cảm trụ pha B t =10ms 45 Hình 3.26.Phân bố từ cảm B thời điểm t = 500ms (dạng vectơ) 45 Hình 3.27.Từ cảm trụ pha B t =500ms 46 Hình 3.28.Máy biến áp 1500kVA phần mềmAnsys Maxwell 3D 49 Hình 3.29.Chia lưới mơ hình 3D 49 Hình 3.30.Nhập giá trị cuộn CA 50 Hình 3.31.Nhập giá trị cuộn HA 50 Hình 3.32.Điện áp cuộn CA 51 Hình 3.33.Điện áp cuộn HA 52 Hình 3.34.Dịng điện HA không tải 52 Hình 3.35.Dịng điện CA khơng tải khoảng 0,5s 53 Hình 3.36.Dịng điện CA không tải khoảng 1,5s 53 Hình 3.37.Phân bố từ cảm B thời điểm t = 10ms (dạng Mag) 54 Hình 3.38.Phân bố từ cảm B thời điểm t = 10ms (dạng vectơ) 54 Hình 3.39.Đường khảo sát pha B 55 Hình 3.40.Từ cảm trụ pha B t =10ms 55 Hình 3.41.Phân bố từ cảm B thời điểm t = 500ms (dạng Mag) 56 Hình 3.42.Phân bố từ cảm B thời điểm t = 500ms 56 Hình 3.43.Từ cảm trụ pha B t =500ms 57 Hình 3.44.Máy biến áp 2200kVA phần mềmAnsys Maxwell 3D 60 Hình 3.45.Chia lưới mơ hình 3D 61 Hình 3.46.Nhập giá trị CA 62 Hình 3.47.Nhập giá trị HA 62 Hình 3.48.Điện áp cuộn CA 63 Hình 3.49.Điện áp cuộn HA 63 Hình 3.50.Dịng điện HA khơng tải 64 Hình 3.51.Dịng điện CA khơng tải khoảng 500ms 64 Hình 3.52.Dịng điện CA khơng tải khoảng 1s 65 Hình 3.53.Phân bố từ cảm B thời điểm t = 10ms (dạng Mag) 66 Hình 3.54.Phân bố từ cảm B thời điểm t = 10ms (dạng vectơ) 66 Hình 3.55.Đường khảo sát pha B 67 Hình 3.56.Từ cảm trụ pha B t =10ms 67 Hình 3.57.Phân bố từ cảm B thời điểm t = 500ms (dạng Mag) 68 Hình 3.58.Phân bố từ cảm B thời điểm t = 500ms (dạng vectơ) 68 Hình 3.59.Từ cảm trụ pha B t =500ms 69 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU • Bảng 2.1 Các chế độ tải bình thường, thời gian mức độ tải cho phép MBA lực đảm bảo vận hành 25 Bảng 2.2 MBA phải đảm bảo vận hành tải ngắn hạn cao dòng điện định mức 26 Bảng 3.1 Các giá trị thông số điện MBA công suất 250kVA 29 Bảng 3.1 Các giá trị thông số điện MBA công suất 250kVA 29 Bảng 3.2 Các kích thước cụ thể MBA công suất 250kVA 30 Bảng 3.3 So sánh giá trị trung bình mơ tính tốn 36 Bảng 3.4 So sánh giá trị trung bình mơ tính tốn 43 Bảng 3.5 Các giá trị thông số điện MBA công suất 1500kVA 47 Bảng 3.6 Các kích thước cụ thể MBA công suất 1500kVA 48 Bảng 3.7 So sánh giá trị trung bình mơ tính tốn 54 Bảng 3.8 Các giá trị thông số điện MBA công suất 2200kVA 58 Bảng 3.9 Các kích thước cụ thể MBA công suất 2200kVA 59 Bảng 3.10 So sánh giá trị trung bình mơ tính tốn 65 Bảng 3.11 Kết mơ cho MBA có cơng suất khác 70 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Máy biến áp (MBA) thiết bị điện vô quan trọng ngành điện Khi điện sản xuất phải truyền tải điện tới nơi tiêu thụ, trình truyền tải điện khơng thể vắng mặt MBA, dùng để tăng giảm điện áp lưới cho phù hợp nhất, nhằm giảm tổn thất điện truyền tải, tới nơi tiêu thụ Các MBA nhà máy nước ta sản xuất, cấp điện áp cao áp có cấp điện áp 220kV, 110kV, 35kV, 22kV, 10kV, 6kV/0,4kV để cấp điện cho đa số thiết bị điện công nghiệp dân dụng Máy biến áp ln đóng góp vai trị quan trọng sở hạ tầng hệ thống điện, chiếm tỉ lệ lớn tổng cơng suất hệ thống MBA, vấn đề trình làm việc bình thường bất bình thường MBA có ý nghĩa kinh tế kỹ thuật Trước cho máy biến áp vào vận hành, q trình đóng máy biến áp vào lưới điện, trình phát sinh thay đổi điện từ mạch từ dây quấn mạch từ phức tạp Nếu công tác thiết kế sản xuất khơng tính tốn đến xảy ảnh hưởng lâu dài hư hỏng đáng kể Do vậy, quan tâm đến trình biến đổi điện từ MBA khoảng thời gian ngắn có ý nghĩa không nhỏ kỹ thuật điện Máy biến áp đóng vào lưới điện, xảy trường hợp nguy hiểm sau: Thứ nhất, từ thông mạch từ tăng lên (khoảng 50%) gây bão hòa mạch từ, Thời gian bão hịa mạch từ xảy lên đến chu kỳ dòng điện (20ms) Đồng thời, dạng sóng dịng điện sơ cấp chứa thành phần sóng hài lớn gây tác động nhầm cho thiết bị rơle ảnh hưởng đến làm việc cho thiết bị điện xung quanh khác Phụ lục 4: Bản vẽ thiết kế MBA công suất 2200 kVA THÔNG SỐ LÕI TÔN: Hcs = 890mm, Mo = 465mm, k = 20mm Trọng lượng ũnh: 1567kg, trọng lượng thô: 1598kg LỚP LỚP TIẾT DIỆN TRỤ TÔN c Chiều cán I C1 I B C1 c c L_ I m J _/ L1 / Cấp 102 304 05 06 B ®30| iiwi Cấp B »23 ® 8 152 1120 137 1120 123 1120 109 1120 95.5 1120 1120 84.9 56.6 1120 XÀDÀI L c C1 1120 1105 445 215 445 1065 4.45 270 ỀỀể Ể 1045 445 290 fflgo g SiW 1010 970 1025 a 445 Chiểu ísààxổiàẺ tlggrolWB Chiểu dầy 230 445 Cấp TRỤ 1L L 2162 1120 1085 0 L 1235.0 1227.5 1217.5 1207.5 1197.5 1187.5 1180.0 , 1160.0 250 310 445 325 445 365 XẦNGẦN B L L1 C Ạ23 Ô.B 42Ĩ5 465 235 X 5? Mạẵl SL 465 250 350 357 465 465 270 290 367 377 465 310 465 330 465 345 465 385 387 397 405 425 Chiểu dầy ÌSĩ816ịx ĨÉl6&’x4 W