2. 5 1 Phương á n1
1.3Vấn đề quá điện áp trên đƣờng dây cao áp vận hàn hở chế độ không tải
1.3.1 Giới hạn quá điện áp bằng kháng điện bù ngang
Kháng bù ngang
a- Chức năng tác dụng:
Là thiết bị chỉ tiêu thụ công suất phản kháng nên có tác dụng triệt tiêu ,điều chỉnh lƣợng công suất phản kháng dƣ thừa do lƣới điện sinh ra,giảm điện áp và giữ ổn định điện áp hệ thống.
Trên các đƣờng dây siêu cao áp có độ dài lớn, điện dung pha- đất và pha – pha là rất lớn.Điện dung này phát ra công suất phản kháng Qc rất lớn ( có tác dụng nhƣ tụ bù ngang) ,vì vậy trong trƣờng hợp đƣờng dây không tải hoặc tải nhỏ lƣợng công suất phản kháng dƣ thừa lớn thì điện áp cuối dƣờng dây sẽ nâng cao hơn đầu đƣờng dây.Để giảm ảnh hƣởng bất lợi của điện dung này ,ngƣời ta mắc rẽ nhánh một kháng điện để tiêu thụ bớt công suất phản kháng Qc .Đối với đƣờng dây siêu cao áp 500kv, khoảng cách lớn nhất giữa hai điểm đặt kháng là 500km.
Sơ đồ nguyên lý của kháng điện trên lƣới điện nhƣ hình vẽ:
U
R jX
Kháng điện
Cfa-đất
b- Nguyên lý cấu tạo:
Cuộn kháng có thể đƣợc coi nhƣ một máy biến áp mà trong đó không có cuộn dây thứ cấp, tất cả dòng chảy vào cuộn kháng trở thành dòng kích từ (dòng không tải)
Cấu trúc nguyên lý của cuộn kháng tƣơng tự nhƣ máy biến áp ,nhƣng vì tất cả dòng chảy vào cuộn kháng là dòng kích từ nên nếu dung khung từ nhƣ máy biên áp thong thƣờng nó sẽ bão hòa rất nhanh ,trở kháng của cuộn kháng sẽ rất lớn và dòng chạy qua cuộn kháng sẽ nhỏ.
Trong cuộn kháng, đƣờng khép mạch từ khác so với máy biến áp.mạch từ đƣợc khép kín qua khe hở không khí (từ thong đƣợc khép qua vòng không khí) nhằm trách bão hòa nhanh cho khung từ .Muốn đƣợc nhƣ vậy trong phần ứng của cuộn kháng bằng thép ngƣời ta tạo rất nhiều những khoảng trống bằng các nêm chèn vào trong lõi thép.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP
SVTH:Nguyễn Viết Trường Lớp D4-H2 Page 93
Vì cuộn kháng làm việc trong môi trƣờng điện từ rất mạnh, nên yêu cầu cao về sự chắc chắn của khung từ và vỏ để chống độ rung rất lớn so với máy biến áp.
1.3.2 Giới hạn quá điện áp bằng tụ bù dọc
Tụ bù dọc
a- Chức năng tác dụng
Trên các đƣờng dây siêu cao áp có độ dài lớn điện dung pha – đất và pha – pha là rất lớn,do đó khi không tải hoặc tải nhỏ thì điện áp cuối đƣờng dây sẽ cao hơn điện áp đầu đƣờng dây.Vì vậy kháng bù ngang có tác dụng giảm sự tăng áp này , giữ điện áp tại cuối đƣờng dây ổn định bằng điện áp định mức.Đối với tụ bù dọc chỉ có tác dụng giảm điện áp giáng trên đƣờng dây (giảm tổn thất điện áp và công suất trên đƣờng dây)dàn đều điện áp trên đƣờng dây bằng với điện áp cho phép và tang khả năng truyền tải đối với đƣờng dây.
Đồ thì điện áp dọc theo đƣờng dây nhƣ sau: Đƣờng 1: khi không có tụ và kháng bù Đƣờng 2: khi có tụ và kháng bù 2 1 U(kv) L(km) b- Nguyên lý bù
Tụ bù đƣợc mắc nối tiếp trên đƣờng dây truyền tải là cho tổng trở đƣờng dây giảm đi (XS=X-XBÙ).Trở kháng trong hệ thống truyền tairbao gồm phần lớn là thành phần kháng và phần nhỏ là thành phần điện trở (Zht=R+jXS) .Do đó nếu chúng ta thay đổi đƣợc XS thì sẽ thay đổi đƣợc điện áp ở phía tải bởi vì sự sụt áp trên đƣờng dây đƣợc gây nên bởi dòng điện điện kháng nhiều hơn là dòng điện điện trở.
Sơ đồ mô phỏng đƣờng dây khi có tụ bù dọc:
U
R jX -jXbù
TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP
SVTH:Nguyễn Viết Trường Lớp D4-H2 Page 94
Và điện áp dơi trên đƣờng dây sẽ là : U=[P.R + Q.(X-Xbù)]/U Nhƣ vậy ,U sẽ giảm khi lắp thêm tụ bù dọc
TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP
SVTH:Nguyễn Viết Trường Lớp D4-H2 Page 95 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
CHƢƠNG II :QUÁ ĐIỆN ÁP TRÊN ĐƢỜNG DÂY CAO ÁP VẬN HÀNH Ở CHẾ Độ KHÔNG TẢI
Để giải quyết bài toán quá điện áp trên đƣờng dây cao áp vận hành ở chế độ không tải ta thƣờng sử dụng phần mềm MATLAB để tính toán ,
Là một hệ thống mở, MATLAB kết hợp nhiều phƣơng pháp tính mà có thể áp dụng thuận tiện cho bất kì ngƣời sử dụng nào, MATLAB có đặc điểm linh hoạt và dễ thích nghi, vì vậy cho dù là ngƣời mới bắt đầu hay là một chuyên gia sành sỏi, vẫn có thể sử dụng matlab một cách thoải mái và cuốn hút, MATLAB rất ƣu ái đối với ngƣời sử dụng, bạn có thể tự tạo ra chƣơng trình riêng cho chuyên môn của mình và MATLAB sẵn sàng đáp ứng, MATLAB cho phép tiếp cận và áp dụng dễ dàng các hàm số có sẵn để giải các bài toán cần thiết và đồng thời có thể sáng tạo ra các m,file mà khi đƣợc lƣu giữ và thủ tục phù hợp, MATLAB coi nhƣ là các hàm của hệ thống, Điều đó cho phép mở rộng khả năng vô hạn của MATLAB, Đó cũng là ƣu điểm nổi bật của MATLAB mà không có chƣơng trình nào có đƣợc, Ngoài ra MATLAB còn là phƣơng tiện lập trình cực mạnh với các chức năng mở rộng và phƣơng tiện đồ họa phong phú,
Giải quyết bài toán : Quá điện áp trên đƣờng dây siêu cao áp vận hành ở chế độ không tải bằng phần mềm tính toán MATLAB
ĐỀ BÀI : Cho sơ đồ đƣờng dây dài nối với nguồn công suất vô cùng lớn, điện áp pha của nguồn là 500 kV, Hệ thống vận hành ở chế độ không tải,
Các tham số đƣờng dây : R= 0,028 Ω/km XL= ωL = 0,325 Ω/km BC= ωC = 5,2 μS/km Bỏ qua điện dẫn rò G 1 2 Chiều dài l=800km
TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP
SVTH:Nguyễn Viết Trường Lớp D4-H2 Page 96
1,Tính toán phân bố điện áp dọc theo đƣờng dây dài từ điểm 1 đến điểm 2,( Dùng phần mềm MATLAB tính toán , vẽ đồ thị phân bố điện áp ( giá trị hiệu dụng ) theo chiều dài đƣờng dây )
2,Khi nhận thấy U2>U1, tính toán tổng công suất bù ở cả ba pha ở điểm 2 bằng kháng bù ngang sao cho điện áp điểm 2 bằng điểm 1.
3,Kiểm tra lại phân bố điện áp trên đƣờng dây sau khi lắp kháng điện ở giữa đƣờng dây, nhận xét, đƣa ra giải pháp ?
BÀI LÀM
1. Tính toán phân bố điện áp dọc đƣờng dây dài từ điểm 1 đến điểm 2.
Ta có hệ số truyền sóng : j Trong đó : ( )2 16( . )2 8 L C C L L C RG X B RB X G RG X B 2 2 2( ) ( ) 16( . ) C L L C L C C L RB X G RG X B RG X B RB X G Tổng trở sóng 0, 028 0,3256 250, 231 10, 759( ) 0 5, 2.10 L c C R jX j Z j G jB j Matlab : w=2*pi*50;
l=800; % Duong day dai 800km R=0.028; %%Ohm/km XL=0.325; %%Ohm/km BC=5.2e-6; %%Simens/km G=0; %%Simens/km beta=sqrt((R*G-XL*BC+sqrt((R*G-XL*BC)^2+16*(R*BC+XL*G)^2))/8) alpha=sqrt(2)*(R*BC+XL*G)/sqrt(R*G-XL*BC+sqrt((R*G- XL*BC)^2+16*(R*BC+XL*G)^2)) gamma=beta+i*alpha
TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP
SVTH:Nguyễn Viết Trường Lớp D4-H2 Page 97
Zc=sqrt((R+i*XL)/(G+i*BC)) U1=500e3;
% Dien ap cuoi duong day U2=U1/cosh(gamma*l); % Phan bo dien ap x=0:0.1:l; for i=1:size(x,2) Ux(i)=U2*cosh(gamma*(l-x(i))); end %UX=rot90(abs(Ux)); plot(x,Ux,'red') grid on xlabel('Khoang cach(km)'); ylabel('Mo dun dien ap(V)'); hold on Kết quả : Alpha=6,593.10-4 Beta=1,104.10-4 Gama=1,104.10-4+j6,593.10-4 Zc=250,23+j10,759 (Ω)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP
SVTH:Nguyễn Viết Trường Lớp D4-H2 Page 98
0 100 200 300 400 500 600 700 800 5 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8x 10 5 Khoang cach(km) M o d u n d ie n a p (V )
Hình 2,1 : Đồ thị điện áp dọc đường dây khi chưa có kháng điện bù ngang
2. Tính toán đặt kháng điện để '
2 1 500( )
U U kV
Nhận thấy UM U1 , để điện áp cuối đƣờng dây bằng điện áp đầu đƣờng dây , ta tiến hành đặt kháng điện bù ngang Xq tại điểm M,
1 2
MatLab
% Tinh cong suat khang dien bu ngang de U2=U1 Xq=Zc*sinh(gamma*l)/((1-cosh(gamma*l))) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
% Công suat phan khang can bu o ca 3 pha de U2=U1 Q=3*U1^2/imag(Xq)
% Tinh toan lai dien ap U2
TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP
SVTH:Nguyễn Viết Trường Lớp D4-H2 Page 99
%Tinh toan lai phan bo dien ap for i=1:size(x,2) Uxe(i)=U2e*cosh(gamma*(l-x(i)))+U2e*Zc*sinh(gamma*(l- x(i)))/Xq; end %UXe=rot90(abs(Uxe)); plot(x,Uxe,'blue'); Umax=max(Uxe) Kết quả : Xq=-119.17 Q=826.3(MVAr) Umax=517.33 kV
3. Kiểm tra lại phân bố điện áp trên đƣờng dây sau khi lắp kháng điện ở giữa đƣờng dây, nhận xét, đƣa ra giải pháp ?
0 100 200 300 400 500 600 700 800 5 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8x 10 5 Khoang cach(km) M o d u n d ie n a p (V )
TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP
SVTH:Nguyễn Viết Trường Lớp D4-H2 Page 100
N Nhhậậnnxxéétt::VViiệệccllắắppkkhháánnggđđiiệệnnbbùùnnggaannggccóóttááccddụụnnggđđããccóóttááccddụụnnggccảảiitthhiiệệnnđđưượợcc p phhâânnbbốốđđiiệệnnááppttrrêênnđđưườờnnggddââyy,,đđiiệệnnááppđđầầuurraaccâânnbbằằnnggvvớớiiđđiiệệnnááppđđịịnnhhmmứứccttạạii đ đầầuunngguuồồnn,,QQuuaađđóómmaannggllạạiiccááccttááccddụụnnggssaauu::
Giảm quá điện áp nội bộ
Giảm dòng công suất phản kháng, Giảm tổn thất điện năng,
Đảm bảo hoạt động bình thƣờng của đƣờng dây khi hòa đồng bộ, khi đóng đƣờng dây vào hệ thống, trong chế độ không tải và trong các chế độ khác, Giảm nguy có tự kích thích máy phát điện
Giải pháp : Có thể đặt các kháng điện bù ngang ở cuối đƣờng dây, Và có thể đặt thêm các kháng điện bù dọc nhằm mục đích giảm điện áp giáng trên đƣờng dây (giảm tổn thất điện áp và công suất trên đƣờng dây)dàn đều điện áp trên đƣờng dây bằng với điện áp cho phép và tăng khả năng truyền tải đối với đƣờng dây,
TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP
SVTH:Nguyễn Viết Trường Lớp D4-H2 Page 101
Kết luận chung :
Đồ án gồm 2 phần:
Phần I đƣợc hoàn thành gồm có 4 chƣơng, mỗi chƣơng đƣợc nghiên cứu và tính toán hƣớng tới mục đích cuối cùng là làm sao để thiết kế đƣợc hệ thống chống sét cho trạm biến áp và đƣờng dây 220/110 kV . Nắm bắt đƣợc những mục tiêu đó mỗi
chƣơng đã thể hiện đƣợc vai trò, ý nghĩa của mình và đƣợc thể hiện thông qua các từng chƣơng:
Chƣơng 1: Hiện tƣợng giông sét và ảnh hƣởng của nó tới hệ thống điện Việt Nam. Chƣơng này ta tìm hiểu hiện tƣợng dông sét là gì ,khả năng ảnh hƣởng của dông sét tới hệ thống điện việt nam nhƣ thế nào ,qua đó ta tìm ra giải pháp bảo vệ hệ thống điện sao cho hệ thống vận hành một cách tốt nhất , và kinh tế nhất.
Chƣơng 2 : tính toán bảo vệ sét đánh trực tiếp vào trạm biếp áp.Chƣơng này ta tính toán bảo vệ của cột chống sét cho trạm biến áp nhƣ thế nào, trạm biếp áp ở một độ cao nào đó thì cần cột chống sét cao bao nhiêu là phù hợp,bán kính bảo vệ của nó nhƣ thế nào,phạm vi bảo vệ của một cột hay hai cột ra làm sao.
Chƣơng 3: Tính toán hệ thống nối đất cho trạm biến áp.Chƣơng này ta tính toán hệ thống nối đất cho trạm biến áp nhƣ thế nào để cho trạm vận hành an toàn khi có sét đánh ,đảm bảo vận hành hiệu quả và kinh tế.
Chƣơng 4 : Bảo vệ chống sét cho đƣờng dây tải điện. Chƣơng này tính toán số lần sét đánh vào đỉnh cột,khoảng vƣợt, dây dẫn. Tính suất cắt khi sét đánh vào dây dẫn ,khoảng vƣợt, đỉnh côt.Qua đó có giải pháp phòng tránh khi có sự cố sét đánh vào dây dẫn.
Phần 2 gồm 2 chƣơng :
Chƣơng 1: Truyền tải điện đi xa
Nghiên cứu về các vấn đề trong việc truyền tải điện đi xa , các mô hình đƣờng dây siêu cao áp và các phƣơng thức bù làm giảm tổn thất điện năng khi truyền tải đi xa
Chƣơng 2: Quá điện áp trên đƣờng dây cao áp vận hành ở chế độ không tải Đƣa ra bài toán tính toán quá điện áp trên đƣờng dây cao áp vận hành ở chế độ không tải rồi giải quyết bài toán bằng thuật toán giải trên phần mềm Matlab. Qua đó tìm ra cách duy trì điện áp ở cuối đƣờng dây bằng kháng bù.
Nhìn chung việc thực hiện đồ án này ta biết cách tính toán bảo vệ trạm biếp áp ,đƣờng dây, biết cách giảm thấp điện áp bằng kháng bù ngang để tăng chất lƣợng điện năng,quản lý vận hành đạt hiểu quả cao mang lai lợi ích cho đất nƣớc.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP KỸ THUẬT ĐIỆN CAO ÁP (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
SVTH:Nguyễn Viết Trường Lớp D4-H2 Page 102
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. TS. Trần Văn Tớp. Kỹ thuật điện cao áp, Quá điện áp và bảo vệ chống quá điện áp; Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội, 2007
2. TS. Nguyễn Minh Chước. Hƣớng dẫn thiết kế tốt nghiệp Kỹ thuật điện cao áp, Bộ môn Hệ thống điện, trƣờng đại học Bách khoa Hà Nội, 2002
3. Nguyễn Đình Thắng. Vật liệu kỹ thuật điện, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà nội, 2005
4. PGS, TS, Trần Bách. Lƣới điện & Hệ thống điện (tập 3), Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, Hà Nội, 2005