I. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ Mễ ĐUN ATPDRAW
2. Mụ đun ATPDraw
ATPDraw là mụ đun thành phần của Chương trỡnh ATP-EMTP chạy trên nền Windows với giao diện đồ hoạ trực quan, dễ sử dụng, là phần mềm để tạo mạch mô phỏng quá độ. Trong đó có rất nhiều mô phỏng sẵn có về các phần tử trong hệ thống điện. Ngoài ra ng-ời sử dụng còn có thể tạo ra đ-ợc các mô phỏng mới nhờ ngôn ngữ MODELS của ch-ơng trình.Cỏc phần mụ phỏng của ATPDraw được thể hiện trong cỏc bảng dưới đõy:
Phần tử đo l-ờng (Probes & 3-phase):
- Phần tử đo l-ờng điện áp nút, nhánh, dòng điện và theo dõi TACS. - Phần tử hoán vị pha.
- Bộ tách 3 pha thành một pha. - Bộ chỉ thứ tự pha ABC/DEF.
Nhánh (Branches)
Bảng 2. 2. Nhỏnh tuyến tớnh đơn
- Nhánh phi tuyến: 1 pha phi tuyến R, L. 1 pha và 3 pha MOV kiểu 93, 96 và 98 phi tuyến với điều kiện đầu.
Đ-ờng dây trên không/cáp (Lines/Cables).
- Thông số tập trung hình (kiểu 1,2…) và nhánh RL nối tiếp (kiểu 51, 52…).
Bảng 2. 4. Cỏc mụ đun thụng số tập trung
- Thông số phân bố có tham số không phụ thuộc tần số.
- LCC đ-ờng dây và cáp có thể chọn từ 1 đến 9 pha.
Bảng 2. 6. Đường dõy LCC
- Ngoài ra trong th- viện của ATPDraw không phải là các phần tử trên thì có thể nhập thông số đ-ờng dây/cáp từ file khác.
Chuyển mạch (Switches).
Bảng 2. 7. Chuyển mạch
- Diot, thyristor, triac.
- TACS đơn điều khiển đóng, cắt. - Chuyển đổi đo l-ờng.
- Chuyển đổi hệ thống và thống kê.
Nguồn (Sources).
Ch-ơng trình ATPDraw sử dụng hai loại nguồn là nguồn điện tĩnh và nguồn điện động. Nguồn điện tĩnh là dạng nguồn điện cho tr-ớc giá trị biên độ (điện áp hoặc dòng điện), góc pha, thời điểm bắt đầu và thời điểm kết thúc. Nguồn điện động là các dạng máy điện quay (đồng bộ hay không đồng bộ).
- Nguồn một chiều và xoay chiều, 3 pha xoay chiều. - Nguồn hình thang.
- Nguồn dạng răng c-a. (Ramp function). - Nguồn xung sột (Surge sources).
- Nguồn điều khiển TACS.
Máy biến áp điện lực (Transformers).
- Máy biến áp 1 pha và 3 pha lý t-ởng. - Máy biến áp một pha.
- Máy biến áp 3 pha hai cuộn dây và ba cuộn dây. - Máy biến áp tự ngẫu một pha, 3 pha 2 và 3 cuộn dây.
Bảng 2. 9. Mỏy biến ỏp
Phần tử tần số (Frequency compornent).
- Nguồn sóng hài, cho việc nghiên cứu tần số quét sóng hài. - Nguồn tần số một pha và ba pha phụ thuộc tải định dạng CIGRé. - Phần tử RLC một pha với tần số phụ thuộc tham số
Bảng 2. 10. Cỏc dạng nguồn và nhỏnh khỏc
II. Mễ PHỎNG TRẠM BIẾN ÁP 220 KV NINH BèNH BẰNG CHƯƠNG TRèNH ATPDraw
1. Giới thiệu
Trong phạm vi của đề tài, tỏc giả nghiờn cứu ảnh hưởng của sột đỏnh trờn đường dõy này gõy ra quỏ điện ỏp lan truyền vào trạm biến ỏp 220 kV Ninh Bỡnh. Kết quả nghiờn cứu cú thể sử dụng trong việc đỏnh giỏ độ lớn của quỏ điện ỏp và đỏnh giỏ độ tin cậy của hệ thống bảo vệ quỏ điện ỏp của trạm, đồng thời đỏnh giỏ độ dự trữ cỏc điện của cỏc thiết bị trong trạm. Việc phõn tớch, tớnh toỏn độ lớn và quỏ trỡnh biến thiờn của quỏ điện ỏp được thực hiện bằng phần mềm chuyờn dụng để mụ phỏng và tớnh toỏn. Mụ hỡnh nghiờn cứu bao gồm mụ hỡnh trạm biến ỏp và đoạn đường dõy đầu trạm trong trường hợp cú và khụng cú chống sột van. Trong đú, tỏc giả xỏc định độ lớn và sự biến thiờn của quỏ điện ỏp do ảnh hưởng của một số yếu tố như sau:
- Độ lớn của dũng điện sột. - Vị trớ sột đỏnh.
- Điện trở nối đất chõn cột.
- Khả năng tự bảo vệ của sơ đồ trạm. - Số lượng chống sột van được lắp đặt.
2. Mụ hỡnh trạm biến ỏp 220 kV Ninh Bỡnh
Trong quỏ trỡnh vạn hành, Trạm biến ỏp thường xuyờn chịu tỏc động của quỏ điện ỏp nội bộ cũng như quỏ điện ỏp sột. Độ lớn và tần suất xuất hiện của quỏ điện ỏp ảnh hưởng trực tiếp tới cỏch điện của trạm cũng như cỏch điện của cỏc thiết bị điện trong trạm. Quỏ điện ỏp cú tham số lớn sẽ gõy ra những ảnh hưởng tiờu cực tới điều
kiện làm việc bỡnh thường của thiết bị điện cũng như điều kiện vận hành của trạm biến ỏp. Những tỏc động này cú gõy ra thiệt hại về thiết bị hay giỏn đoạn cung cấp điện hay khụng cũn tựy thuộc vào nhiều yếu tố như cấu trỳc của mạng điện, tỡnh trạng của trang thiết bị điện, mức độ dự trữ của cỏch điện hay hiệu quả làm việc của thiết bị chống sột trờn đường dõy (đoạn đầu trạm) hay trong trạm biến ỏp.
Tựy thuộc vào tỡnh hỡnh thực tế, khi thiết kế trạm biến ỏp (lựa chọn cỏch điện) và tớnh toỏn bảo vệ chống sột, người thiết kế phải xỏc định được mức độ nguy hiểm của quỏ điện ỏp gõy ra cho trạm biến ỏp để cú những tớnh toỏn phự hợp.
- Về vấn đề thiết kế và phối hợp cỏch điện, người thiết kế cần cú dữ liệu chi tiết về tỡnh hỡnh diễn biến của quỏ điện ỏp nội bộ phỏt sinh ngay trong trạm biến ỏp hay từ cỏc đường dõy tới.
- Về vấn đề bảo vệ chống sột, người thiết kế cần thiết kế bảo vệ chống sột 3 cấp, bao gồm: chống sột đỏnh trực tiếp vào cỏc phần tử dẫn điện hay thiết bị điện trong trạm; bảo vệ chống quỏ điện ỏp sột lan truyền từ đường dõy vào trạm biến ỏp do sột đỏnh trờn đường dõy, đặc biệt là đoạn đường dõy gần trạm; cuối cựng là bảo vệ chống quỏ điện ỏp cho cỏc thiết bị điện tử.
Trong nội dung nghiờn cứu này, tỏc giả nghiờn cứu mức độ nguy hiểm của quỏ điện ỏp sột lan truyền từ đường dõy 220 kV Bỉm Sơn (xuất tuyến 274) vào trạm biến ỏp 220 kV Ninh Bỡnh khi khụng cú chống sột van đặt trong trạm và độ lớn của quỏ điện ỏp sột ứng với hiện trạng của phương ỏn bảo vệ chống sột trong trạm, từ đú đỏnh giỏ mức độ dự trữ cỏch điện của trạm biến ỏp. Cụ thể là:
- Nghiờn cứu quỏ điện ỏp lan truyền từ đường dõy 220 kV Bỉm Sơn vào trạm biến ỏp 220 kV Ninh Bỡnh khi sột đỏnh vào dõy chống sột (hoặc đỉnh cột) trong 4 khoảng cột đầu trạm;
- Trạng thỏi làm việc của mỏy biến ỏp AT1 và AT2 là khụng tải; - Ảnh hưởng của điện trở chõn cột tại 5 vị trớ cột xuất tuyến;
- Nghiờn cứu ứng biến thiờn của quỏ điện ỏp theo độ lớn dũng điện sột;
- Nghiờn cứu biến thiờn của quỏ điện ỏp theo vị trớ sột đỏnh trong đoạn đường dõy nguy hiểm đầu trạm;
- Hệ thống thanh gúp C21 và C22 vận hành song song; - Ảnh hưởng của số lượng chống sột van tới quỏ điện ỏp.
Mụ hỡnh tổng quỏt trạm biến ỏp và cỏc đường dõy 220 kV nối tới trạm được thể hiện trờnHỡnh 2. 1.
Trong sơ đồ Hỡnh 2. 1được mụ tả với cỏch tiếp cận như sau:
- Đoạn đường dõy đầu trạm tuyến 274 sử dụng mụ hỡnh cấu trỳc cột và phần tử LCC; - Cỏc xuất tuyến cũn lại (271, 272, 273 và 276) sử dụng mụ hỡnh nguồn hệ thống;
- Cỏc đoạn dõy dẫn trong trạm và thanh gúp sử dụng mụ hỡnh Linezt; - Phúng điện sột sử dụng mụ hỡnh nguồn sột;
- Biến điện ỏp sử dụng mụ hỡnh điện dung RLC; - Chuỗi cỏch điện sử dụng mụ hỡnh Mod flash.
a. Mụ hỡnh nguồn hệ thống
Mụ hỡnh nguồn hệ thống được thay thế bằng 2 mụ đun (điện ỏp và tổng trở trong) như hỡnh 2.2 Thụng số của 2 mụ đun được cho trờn Hỡnh 2. 2.
o 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 của nguồn được xỏc định bằng biểu thức
sau:
- 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).
Trong đú : f(t) là nguồn dũng điện hay điện ỏp nhận trị số (0, 1) ) V ( 179629 3 220000 . 2 3 U . 2 Amp dm Hỡnh 2. 2. Mụ hỡnh và thụng số nguồn hệ thống
- 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). o 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 274
Mỗi khoảng cột của xuất tuyến 274 cú chiều dài trung bỡnh 400 m được biểu diễn bằng mụ đun LCC (Hỡnh 2. 3).
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.
- System type: Được chọn là đường dõy truyền tải điện trờn khụng 3 pha “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 [5].
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 đường dây:
Thụng số của đường dõy trong mụ đun LCC được cho trờn Error! Reference s
ource not found. và được mụ tả như sau:
Ph.no: Số thứ tự của pha là 1, 2, 3. 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 274 và sơ đồ mụ phỏng cột điện được thể hiện trờn hỡnh 2.4
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[14, 15, 16]:
i i h Z 60.ln(2 2 1) ( ) r
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)
R3 = −2Z3. ln√γ
Li = Ri. τ
với: 𝛾 = 0,8944 hệ số truyền súng của cột;
τ = 2H ϑ (às) ϑ = 300 (m μs) vận tốc truyền súng Li(mH) điện cảm Ri (Ω) Điện trở RC là điện trở nối đất chõn cột. h1 h2 h3 RC h=34 m R3; L3 Z3 R2; L2 Z2 R1; L1 Z1 Hỡnh 2. 4. Mụ hỡnh cột điện
Ta cú bảng tớnh toỏn sau:
Bảng 2. 12. Thụng số cột điện
Đoạn cột hi/ri (m) Điện cảm (mH) Điện trở (Ω) Tổng trở súng(Ω)
h1 5,5/1 1,863 8,2 160,7
h2 6,5/1.5 0,838 3,7 145
h3 22/2.5 4,817 21 190
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 750 kV [17]:
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) 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.
Hỡnh 2. 7. Mụ hỡnh dõy dẫn pha trong trạm biến ỏp
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
Trong chương trỡnh khi R/l được chọn bằng 1 thỡ tổng trở súng của đường dõy được tớnh bằng cụng thức :
Vận tốc truyền súng được tớnh theo cụng thức :
với: V=3.108 m/s; Z=400 f. Mụ hỡnh mỏy biến ỏp ' ' L Z C 1 '* ' V L C
Mỏy biến ỏp AT1 và AT2 được sử dụng mụ đun BCTran với cỏc thụng số cho trongHỡnh 2. 8.
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 5,4 nF