III. Mụ phỏng Trạm biến ỏp 110kV Sơn La bằng chương trỡnh ATPDraw
3. Mụ hỡnh cỏc phần tử trong sơ đồ
a. Mụ hỡnh nguồn hệ thống
Mụ hỡnh nguồn hệ thống được thay thế bằng 2 mụ đun điện ỏp và tổng trở trong cú thụng số được cho trờn Hỡnh 3. 2.
Điện ỏp nguồn
- U/I: lựa chọn giữa nguồn điện ỏp hay nguồn dũng điện. Nếu lấy giỏ trị: 0 là nguồn điện ỏp; 1 là nguồn dũng điện. - Amplitude: là biờn độ điện ỏp pha 63,508 kV
- f: là tần số nguồn điện đo bằng lấy f= 50Hz.
- Pha: là gúc pha ban đầu của nguồn tớnh bằng độ hoặc giõy phụ thuộc vào giỏ trị A1.
A1 = 0: gúc pha đầu tớnh bằng độ. A1 > 0: gúc pha đầu tớnh bằng giõy.
Cú thể biểu diễn thụng số nguồn dưới dạng hàm số như sau:
f(t) = Amp.cos(2..f.t + pha). (3.1) Trong đú : f(t) là nguồn dũng điện hay điện ỏp nhận trị số (0, 1)
- Tstart: là thời điểm tại đú nguồn bắt đầu hoạt động tớnh bằng giõy (Tstart =- 1).
- Tstop: là thời điểm tại đú nguồn ngừng hoạt động tớnh bằng giõy (Tstart =1).
Tổng trở trong của nguồn
R: Điện trở trong của pha thứ tự khụng của mỏy biến ỏp tớnh bằng (ohm).
L: Điện cảm trong của nguồn hệ thống, tớnh bằng (mH). Nếu “Xopt.” trong hộp thoại ATP settings\simulation lấy bằng tần số nguồn thỡ L0 là điện khỏng của mỏy biến ỏp được tớnh bằng (ohm).
C: Điện dung nguồn hệ thống tớnh bằng (F).
b. Mụ hỡnh xuất tuyến 172/173
Xuất tuyến 172/173 là đường dõy kộp, cú khoảng cột trung bỡnh bằng 300 m được biểu diễn bằng mụ đun LCC.
Dữ liệu trong mụ đun LCC: - Model:
Bergeron: Tham số khụng đổi KCLee hay mụ hỡnh Clark. PI: Thay thế hỡnh PI dựng cho cỏc đường dõy ngắn. JMarti: Mụ hỡnh phụ thuộc tần số với ma trận biến đổi hằng. Noda: Mụ hỡnh phụ thuộc tần số sử dụng với cỏp.
Semlyen: Mụ hỡnh phụ thuộc tần số làm trũn dựng cho cỏp.
“Overhead line”.
Transposed: nếu được kiểm thỡ cỏc pha sẽ hoỏn vị và ma trận chuyển đổi dũng ỏp của đường dõy sẽ hoàn toàn đối xứng.
Auto bundling: nếu mục này được kiểm là đường dõy phõn pha. Skin effect: cú tớnh đến hiệu ứng bề mặt của dõy.
Seg. ground: dõy chống sột được nối đất theo từng đoạn.
Real trans. matrix: ma trận chuyển đổi được giả thiết chủ yếu là phần thực, cũn phần ảo cú giỏ trị khụng đỏng kể.
- Standard data:
Rho (ohm.m): điện trở suất của đất.
Đối với đường dõy đi qua tỉnh Ninh Bỡnh cú địa hỡnh tương đối bằng phẳng chủ yếu là ruộng cấy lỳa và trồng hoa mầu, cú một phần nỳi đỏ nờn cú điện trở suất của đất nằm trong khoảng 200-300.m, một số vị trớ cú điện trở suất của đất lờn tới 500 .m.
Vỡ vậy, một cỏch tương đối ta chọn điện trở suất của đất là 300.m.
Freq. init (Hz): Tần số mà những đường dõy được tớnh toỏn trong (Bergeron và PI)hay điểm tần số thấp hơn (JMarti, Semlyen và Nod).
Length (km) : chiều dài của đoạn đường dõy khảo sỏt.
Thông số của đ-ờng dây:
Thụng số của đường dõy trong mụ đun LCC được cho trờn Bảng 3. 11:
Ph.no: Số thứ tự của pha là 1, 2, 3 của đường dõy 172 và 4, 5 và 6 là của đường dõy 173. Dõy chống sột được ký hiệu là số 0.
Rin: Bỏn kớnh trong của dõy dẫn hoặc dõy chống sột (cm). Rout: Bỏn kớnh ngoài của dõy dẫn hoặc dõy chống sột (cm).
Resis: điện trở của dõy dẫn trờn 1 đơn vị chiều dài cú tớnh đến hiệu ứng mặt ngoài của dõy (/km/DC).
Horiz: khoảng cỏch ngang giữa cỏc pha, một pha được chọn làm gốc (m). Vtower: chiều cao thẳng đứng của cột tớnh từ mặt đất (m)
Vmid: chiều cao thẳng đứng ở giữa khoảng vượt (m) (kể đến độ vừng của dõy). Separ: khoảng cỏch giữa cỏc dõy phõn pha.
Alpha: vị trớ gúc của cỏc dõy dẫn trong 1 pha (tớnh ngược chiều kim đồng hồ so với trục hoành).
NB: Số dõy dẫn trong 1 pha.
c. Mụ hỡnh cột điện
- Kết cấu 5 cột điện đầu trạm của tuyến 172/173 và sơ đồ mụ phỏng cột điện được thể hiện trờn hỡnh 3.4 6m Z1 Z2 R1; L1 Z3 RC R2; L2 R3; L3 R4; L4 Z4 4m 4m 19m Hỡnh 3. 4. Mụ hỡnh cột điện
Mỗi cột chia thành cỏc đoạn hỡnh cụn và trụ, ta phõn cỏc đoạn ra thành cỏc phần riờng biệt tớnh toỏn điện trở từng phần và gộp nối cỏc phần lại với nhau, riờng điện trở nối đất của cột thỡ thay thế bằng một điện trở thuần. Trong cột điện trờn cỏc đoạn h1, h2, h3 dạng cụn và được xỏc định theo biểu thức [34, 35, 36]:
i i h Z 60.ln(2 2 1) ( ) r (3.2)
Trong đú: ri là bỏn kớnh trung bỡnh của cột điện; hi là chiều cao của hỡnh cụn cần tớnh toỏn.
Cỏc điện trở và điện cảm thay thế được tớnh theo cụng thức:
Ri =−2.Z1.ln√γ
h1+h2 hi (i = 1,2) (3.3)
R3 = −2Z3. ln√γ (3.4)
Li = Ri. τ (3.5) với: 𝛾 = 0,8944 hệ số truyền súng của cột;
τ = 2H ϑ (às) (3.6) ϑ = 300 (m μs) vận tốc truyền súng Li (mH) điện cảm Ri (Ω) Điện trở RC là điện trở nối đất chõn cột. Ta cú bảng tớnh toỏn sau: Bảng 3. 12. Thụng số cột điện Đoạn cột hi (m) Bỏn kớnh cột ri (m) hi/ri Điện cảm (mH) Điện trở (Ω) Tổng trở súng (Ω) 6 1 6.00 0.32 7.95 166.24 4 1 4.00 0.06 2.31 140.01 4 1 4.00 0.06 2.31 140.01 19 2.5 7.60 2.56 20.22 181.21
d. Mụ hỡnh chuỗi cỏch điện
Đối với sứ cỏch điện mỗi bỏt sứ được thay thế bằng một điện dung tương đương, đối với sứ nộo mỗi bỏt sứ được thay thế bởi một điện dung là 100 pF.
Mụ hỡnh thay thế chuỗi sứ với cường độ cỏch điện xung sột cơ bản chọn bằng 550 kV [37]:
UINF: Cường độ cỏch điện xung sột cơ bản của cỏch điện đường dõy
U0 : Trị số đỉnh của điện ỏp
đ. Mụ hỡnh nguồn sột
Mụ hỡnh sột gồm cú mụ hỡnh dũng sột nối song song với một tổng trở, đú là tổng trở của kờnh sột. Dũng sột tại điểm đỏnh, theo IEC cú dạng như sau:
Trong đú : T1 - thời gian đầu súng = 1,2 às, T2 - thời gian thõn súng hay thời gian để biờn độ súng giảm cũn một nửa = 50 às.
Amplitude : Biờn độ của dũng sột tớnh bằng A
T_f : Thời gian đỉnh (s)
tau: Thời gian súng (s)
Hỡnh 3. 6. Mụ hỡnh và thụng số nguồn sột Hỡnh 3. 5. Mụ hỡnh và thụng số chuỗi cỏch điện
Hỡnh 3. 7. Mụ hỡnh và thụng số dõy dẫn trong trạm
n: Hệ số ảnh hưởng
Tstart: Thời gian bắt đầu suất hiện dũng sột
Tstop : Thời gian kết thỳc
Tổng trở trong của kờnh sột được lấy giỏ trị là 400 Ω. Hiện tượng phúng điện ngược:
Khi cú dũng sột chạy trong thõn cột, tại mỗi điểm dẫn điện trờn thõn cột đều cú điện thế rất cao. Điện thế cao tại điểm bắt nối với chuỗi sứ cỏch điện đặt chuỗi sứ dưới một hiệu điện thế lớn, rất cú thể sẽ xảy ra phúng điện. Hiện tượng phúng điện vào dõy pha qua chuỗi sứ được gọi là hiện tượng phúng điện ngược. Hiện tượng này sẽ xảy ra khi điện trường đặt vào hai đầu chuỗi sứ đú tớch lũy đủ năng lượng gõy phúng.
e. Mụ hỡnh thanh gúp và đoạn đường dõy trong trạm biến ỏp
Đường dõy trong trạm được thay thế dưới dạng cỏc tổng trở súng:
Cỏc tham số được chọn như sau: +R/l=1 (3.7) Trong chương trỡnh khi R/l được chọn bằng 1 thỡ tổng trở súng của đường dõy được tớnh bằng cụng thức : (3.8)
Vận tốc truyền súng được tớnh theo cụng thức : (3.9) với: V=3.108 m/s; Z=400
f. Mụ hỡnh mỏy biến ỏp
Mỏy biến ỏp AT1 và AT2 được sử dụng mụ đun BCTran với cỏc thụng số cho trong Bảng 3. 13. ' ' L Z C 1 '* ' V L C
Trong đú:
- Structure: thụng số cấu trỳc mỏy biến ỏp. - Ratings: thụng số 03 cuộn dõy mỏy biến ỏp. - Open circuit: thụng số hở mạch.
- Short circuit: thụng số ngắn mạch.
g. Mụ hỡnh mỏy biến điện ỏp kiểu tụ
Mỏy biến ỏp kiểu tụ được thay thế bằng tụ điện với điện dung của tụ là 5,0 nF như Hỡnh 3. 8.
h. Mụ hỡnh chống sột van
Trong nội dung nghiờn cứu cú sử dụng chống sột van ụxit kẽm (ZnO) khụng khe hở loại 3EL1 096-1P.2 lắp đặt tại đầu vào T1, T2 phớa 110 kV (chống sột van pha), và loại 3EL2 051-2S.3 (chống sột van trung tớnh) của hóng SIEMENS lắp đặt
Hỡnh 3. 8. Mụ hỡnh và thụng số mỏy biến ỏp kiểu tụ Bảng 3. 13. Thụng số mỏy biến ỏp.
tại trung tớnh cỏc mỏy biến ỏp. Cỏc chống sột van này được sản xuất và thử nghiệm theo tiờu chuẩn quốc tế IEC 6009-4, vỏ chống sột van được làm từ vật liệu Polimer cao su Silicon. Thụng số của chống sột van được cho trong bảng sau:
Bảng 3. 14. Thụng số chống sột van Loại CSV Điện ỏp US (kV) Điện ỏp Ur (kV) Điện ỏp Uc (kV) Đặc tớnh phúng điện (kV) 30/60 s 8/20 s 0,5 kA 1 kA 2 kA 5 kA 10 kA 20 kA 40 kA 1 123 102 74 188 196 206 228 245 274 313 2 123 51 41 95.9 98.3 103 113 120 133 151 Mụ hỡnh ZnO:
- Ta dựng chống sột van khụng khe hở nờn Vflash chọn bằng -1 - Điện ỏp ban đầu Vzero chọn bằng 0v
- COL: Là hệ số của COEF (chọn 1 nếu là nhỏnh khối đơn, 2 là nhỏnh kộp) - SER: Số khối nối tiếp trong mỗi nhỏnh, lấy tỉ lệ với Vref.
- ErrLim: Sai số theo p.u.
Bảng 3. 15. Thụng số chống sột van pha
Đặc tớnh V-A của chống sột cho trờn Hỡnh 3. 9.
i. Cài đặt thụng số chương trỡnh ATPDraw.
Chương trỡnh ATPDraw cần được định dạng cỏc thụng vào ra phự hợp với định dạng dữ liệu vào/ra của chương trỡnh. Định dạng này được tựy chọn trong thư mục
ATP settings bao gồm 6 thẻ như Hỡnh 3. 10.
1. Simulation.
Ph-ơng pháp mô phỏng “Time domain” trong ATP đ-ợc nghiên cứu trong miền
thời gian, đ-ợc tính chung bằng giây cho tất cả các định dạng mô phỏng.
Hỡnh 3. 10. Cài đặt thụng số chương trỡnh ATPDraw Hỡnh 3. 9. Đặc tớnh V-A của chống sột van a) Chống sột van pha; b) Chống sột van trung tớnh
Delta T: B-ớc thời gian mô phỏng (giây) Tmax: Đặt khoảng thời gian khảo sát (giây)
Xopt = 0: đơn vị của điện cảm là (mH).
= 1: đơn vị của điện cảm là (Ohm).
Đ-ợc sử dụng cho tất cả các phần tử có điện kháng trong sơ đồ thay thế.
Copt = 0: đơn vị của điện dung là (F).
= 1: đơn vị của điện dung là (Ohm). Feq. : Tần số của hệ thống (Hz)
2. Output.
Print Freq = 500Hz: là tần số in đầu ra của file LUNIT6.
Plot Freq = 15: cứ 15 giây thì ch-ơng trình l-u một lần vào file dạng PL4. Chọn Plotted output để kiểm tra khi ch-ơng trình tạo ra 1 file dạng PL4.
Chọn Auto-detect simulation errors: khi ch-ơng trình chạy sẽ tự báo lỗi và hiển thị lỗi.
3. Switch/UM.
Statistic study: Nghiên cứu thống kê nhiều lần đóng cắt xác định xác suất quá điện áp 2%
Systematic study: là đóng cắt một cách có hệ thống.
ISW: 1 (0) in hoặc không in tất cả các kết quả của cáclần đóng cắt trong Lis-file. ITEST: 1 không đặt thời gian trễ ngẫu nhiên cho các lần đóng cắt.
IDIST: 0 (1) chọn hàm phân bố xác suất đóng cắt theo Gaussian hoặc phân bố đều.
IMAX: 1 (0) in hoặc không in các kết quả tới file LUNIT6.
IDICE: 0 (1) máy phát ngẫu nhiên phụ thuộc máy tính hoặc máy phát ngẫu nhiên chuẩn
NSEED: Có thể lặp lại các mô phỏng của Monte Carlo nếu - Ngoài ra còn chọn các chức năng khác là :
Automatic: các điều kiện ban đầu đ-ợc tính toán một cách tự động.
Prediction: các máy phát, động cơ sẽ không là phần tử phi tuyến trong sơ đồ mạch bên ngoài (chỉ chọn đ-ợc với máy phát, động cơ 3 pha).
4. Format.
Sorting by cards : ch-ơng trình sẽ lần l-ợt tạo file dữ liệu cần thiết cho các nhánh, các máy cắt, các nguồn.
Sorting by group number: ch-ơng trình sẽ phân loại ra các nhóm, nhóm nào có ít phần tử nhất đ-ợc đ-a vào đầu tiên.
KẾT LUẬN CHƯƠNG 3
Ch-ơng trình ATP-EMTP(Electro-Magnetic Transients Program) nghiên cứu quá
độ điện từ, đã đ-ợc công nhận là một trong những công cụ phổ biến để mô phỏng các hiện t-ợng về điện - cơ cũng nh- các hiện t-ợng về điện từ trong hệ thống điện. ATP- EMTP là một trong những dụng cụ phân tích hệ thống rất linh hoạt và hiệu quả, đang đ-ợc sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới trong các lĩnh vực tính toán thiết kế cũng nh- vận hành cho các loại thiết bị khác trong hệ thống điện.
ATP-EMTP cho phép tính toán các thông số hệ thống điện trong chế độ quá độ ở
miền thời gian. ATP-EMTP cú thể ứng dụng trong cỏc nghiờn cứu:
Trong nội dung chương này, ứng dụng chương trỡnh thành phần ATPDraw cú cỏc mụ đun dựng sẵn để mụ phỏng cấu trỳc của mạng điện từ sơ đồ nguyờn lý. Cỏc thụng số mụ phỏng cho cỏc thiết bị , phần tử được nhập phự hợp với số liệu thực tế. Ngoài ra, chương trỡnh cũng được cấu hỡnh phự hợp với nghiờn cứu quỏ điện ỏp sột và quỏ điện ỏp đúng cắt. Do vậy, kết quả nghiờn cứu sẽ cú độ tin cõy cao, cú thể ứng dụng trong phõn tớch và thiết kế.
CHƯƠNG 4. NGHIấN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG TỚI ĐỘ TIN CẬY CỦA BẢO VỆ CẤP 2 CỦA TRẠM BIẾN ÁP 110 KV SƠN LA.