Mô hình chống sét van trong Matlab-Simulink bảo vệ thiết bị điện chống quá điện áp

Biên hạn bảo vệ xung thao tác thiết bị (PM3)

Biên hạn bảo vệ tối thiểu này có chứa 1 hệ số an toàn để giải thích các trường hợp phát sinh đa dạng, không biết trước như sai số trong các tính toán dòng xung lớn nhất, khoảng cách đến máy biến áp và thiết bị khác, trường hợp giảm khả năng chịu đựng điện áp do sự xuống cấp của thiết bị đã cũ. Trong phạm vi các thông số đã được nêu ra, một biên hạn bảo vệ qui định không phải là mối quan tâm đáng kể khi so sánh việc bảo vệ bởi hai CSV với định mức gần nhau của nhà sản xuất.

Các tác dụng của tụ bù dọc và kháng bù ngang 1. Các tác dụng của tụ bù dọc

Việc bù này sẽ tạo ra phân bố điện áp tương đối bằng phẳng ở trên đường dây và góc lệch pha giữa điện áp hai đầu đường dây giảm theo mức độ tăng của hệ số bù. Trong trường hợp công suất truyền tải nhỏ hơn công suất tự nhiên, dòng điện điện dung gây ra quá điện áp ở đầu nhận và qua đó cách điện của thiết bị cuối đường dây càng dễ bị hư hỏng nếu đường dây SCA quá dài. Hệ số bù dọc có thể tăng từ 0.3 đến 1 (bù hoàn toàn), tuy nhiên để tránh hiện tượng cộng hưởng dưới đồng bộ, việc chọn hệ số bù phải hợp lí và nên căn cứ dựa trên những điều kiện vận hành của hệ thống.

Trong trường hợp đường dây không tải hoặc non tải, dung dẫn khá lớn gây ra hiện tượng tăng điện áp đột ngột trên dọc tuyến đường dây,đánh hỏng cách điện,gây trở ngại cho việc đóng lặp lại và trong 1 số trường hợp làm quá tải các máy phát do phải chịu đựng dòng điện dung khá cao,điện áp ở cuối đường dây có thể tăng cao quá mức cho phép.

Mô phỏng quá trình hoạt động của CSV

Nhằm tăng khả năng truyền tải công suất trên đường dây và điều chỉnh điện áp tại nút phụ tải, đường dây được bù dọc bằng tụ điện nối tiếp đặt ở giữa đường dây và một kháng điện bù ngang đặt tại cuối đường dây. Đặt CSV MOV1 bảo vệ cho tụ bù dọc, do mức cách điện của tụ mức độ bảo vệ quá điện áp được yêu cầu là 2,5 lần điện áp định mức của tụ (chọn điện áp này thấp hơn điện áp chịu đựng của cách điện dọc của tụ điện). Tại thời điểm sự cố được loại trừ (lúc máy cắt tải Load CB cắt vào thời điểm t=0,1s tức là t=5 chu kỳ) thì bus B2 xuất hiện quá điện áp và điện áp bị giới hạn bởi chống sét van MOV2 nối song song với kháng bù ngang.

Kết quả cho thấy các chống sét van này đóng vai trò quan trọng để giảm thành phần quá điện áp gây nguy hiểm cho cách điện của tụ bù dọc và kháng bù ngang, giới hạn quá điện áp ở mức có thể chịu đựng được của cách điện thiết bị.

Năng lượng trong chống sét van trong thời gian phóng điện

Quá điện áp trên kháng bù ngang khi không đặt CSV(cột ở giữa) Quá điện áp trên kháng bù ngang khi có lắp đặt CSV(cột bên phải). Kết quả cho thấy mức năng lượng được chống sét van MOV1 hấp thụ là 9MJ trong thời gian phóng điện của nó, còn đối với MOV2 là 0,62MJ. Mức năng lượng hấp thụ bởi CSV bảo vệ cho tụ bù dọc là rất lớn, do đó phải mắc song song các CSV để đảm bảo mức năng lượng hấp thụ được của mỗi CSV.

Trong trường hợp này, nếu ta chọn loại CSV có UR =60kV, mức năng lượng hấp thụ là 12kJ/kV(UR) thì số lượng CSV cần ít nhất là 12 CSV mắc song song.

Xây dựng nguồn phát xung không chu kỳ

Các hằng số thời gian T1, T2 có liên quan đến các thông số của xung sét là Tđs. (thời gian đầu sóng), Ts (thời gian sóng là thời gian giá trị của xung giảm xuống còn một nữa so với giá trị số đỉnh). Thực hiện các phép tính, ứng với mỗi dạng sóng sẽ có các giá trị hằng số thời gian T1, T2.

Để thuận tiện cho việc mô phỏng, nhóm các phần tử trên thành 1 hệ con và đặt tên là Generator.

Mô hình điện trở phi tuyến CSV trong Matlab 1. Giới thiệu mô hình

Điện ỏp được đưa vào ngừ vào của mụ hỡnh, giỏ trị điện ỏp được lấy giỏ trị tuyệt đối và đưa vào ba khối Math Function được đặt lần lượt là segment1, segment2,. Các khối này sẽ so sánh các giá trị từ segment1, segment2, segment3 với giá trị dòng điện đặt trước nhằm lựa chọn một trong ba dạng hàm mũ, sau đó tín hiệu được đưa tới khối nhân để lựa chọn dấu và cuối cùng đưa giỏ trị của tớn hiệu tới ngừ ra của mụ hỡnh. Nhận xét : Qua thử nghiệm với các xung có cùng biên độ nhưng với thời gian đạt đỉnh khác nhau thì mô hình chống sét trong Simulink cho cùng 1 giá trị dòng điện và thời gian đạt đỉnh của dòng trùng với thời gian xung áp không chu kì.

Vì vậy, mô hình này chỉ có thể dùng để mô phỏng xung đóng cắt vì bản thân nó không có các đặc tính đáp ứng động để mô phỏng với các xung sét hay các xung có đầu sóng tăng nhanh mà rất quan trong trong nghiên cứu phối hợp cách điện.

Xây dựng mô hình CSV dạng MOV phụ thuộc tần số

• Xây dựng mô hình trong Matlab

Nghiên cứu một mô hình đơn giản hóa của MOV không có khe hở, bên cạnh đó cũng đưa ra cách tiếp cận dễ hiểu, đơn giản trong việc khảo sát các thông số đáp ứng của nó bắt đầu từ dữ liệu của nhà sản xuất. Hai khối của Powerlib đó là “ Voltage measurement” để ghi lại điện áp ở hai cực của phần tử phi tuyến và một khối “ Controlled Current Source” để tín hiệu của Simulink là khối “ Look-Up Table” thành tín hiệu dòng điện. Hai khối của Simulink là khối “Fcn” từ thư viện “ Fcn & Table” để chuyển tín hiệu liên tục thành rời rạc đưa vào khối “ Look-Up Table” để xử lý tín hiệu điện áp đưa vào.Khối “ Look-Up Table” có chức năng chuyển giá trị điện áp đưa vào và cho giá trị dòng điện tương ứng.

Nhưng mô hình này chỉ dùng để mô phỏng với một CSV MOV nhất định, mỗi khi cần thực hiện mô phỏng cho một CSV có cấp điện áp khác nhau phải thực hiện khai báo tính toán lại giá trị cho L0, R0,L1, R1,A0, A1.

Áp dụng mô hình mô phỏng CSV bảo vệ cho trạm biến áp 1. Mục đích

• Nghiên cứu ảnh hưởng của điện trở nối đất và độ dốc đầu sóng đến điện áp dư của CSV

Từ đồ thị điện áp hình 3.9 ta thấy khi không đặt CSV thì điện áp đặt vào cách điện của MBA là 2MV lớn hơn nhiều lần cách điện của MBA sẽ gây ra phá hỏng MBA. Trong trường hợp đặt CSV kết quả thu được ở hình 3.8, ta thấy rằng điện áp đặt lên MBA sẽ nhỏ hơn điện áp cách điện của MBA, không gây hư hỏng MBA. Trên cơ sở mô phỏng ta thấy điện trở nối đất ảnh hưởng rất lớn đối với điện áp dư, kết quả mô phỏng giúp ta chọn giới hạn cho điện trở nôi đất.

Kết quả mô phỏng cho ta thấy điện áp khi truyền vào trạm phụ thuộc rất nhiều vào vị trí sét đánh, vị trí sét đánh càng ở xa TBA thì điện áp vào trạm càng nhỏ và điện áp dư trên chóng sét giảm xuống.