8. Cấu trúc nội dung của luận án
3.3 Mô hình hóa và mô phỏng CKBN
3.3.1 Đối tượng mô phỏng
Mô hình CKBN được thiết lập theo các thông số kỹ thuật của CKBN ba pha có công suất định mức Qđm = 91 MVAr, điện áp Uđm = 500 kV - 50 Hz, kiểu đấu
dây Y0, điện kháng XL = 2712 H do hãng ABB chế tạo, các thông số kích thước chính được thể hiện trong Bảng 3.1 và trên Hình 3.6. 43 download by : skknchat@gmai l.com
Bảng 3.1 Thông số chính của CKBN 91 MVAr Thông số Công suất phản kháng Điện áp định mức Dòng điện định mức Điện kháng hãng công bố Đường kính trụ
Chiều cao trụ Chiều sâu gông
Tổng chiều dài khe hở trên trụ Số vòng dây quấn mỗi nhánh Khoảng cách giữa trụ và dây quấn Chiều rộng dây quấn
Chiều cao dây quấn
H Ww Ly Wcc Hy bcw Dc Ws
Hình 3.6 Thông số kích thước CKBN ba pha
Ảnh chụp thực tế các phần mạch từ và cuộn dây của CKBN 91 MVAr - 500 kV thể hiện trên Hình 3.7 và kết quả đo thực nghiệm trong Bảng 3.2.
44
Bảng 3.2 Kết quả đo thực nghiệm CKBN 91 MVAr-500 kV Thông số Điện áp pha Dòng điện pha Điện kháng các pha Điện cảm các pha Tổn hao từng pha Tổng tổn hao sắt từ Tổng tổn hao đồng
(a) Nhãn máy (b) Phần mạch từ đặt giữa trụ và gông
(c) Khe hở ngăn cách giữa các khối trụ (d) Dây quấn
Hình 3.7 Hình ảnh thực tế các bộ phận chính của CKBN ba pha ABB 91 MVAr
45
3.3.2 Thiết lập và dựng mô hình mô phỏng
Thông qua các thông số kích thước của CKBN, luận án thực hiện thiết lập mô hình mô phỏng đối tượng. Do đặc điểm cấu trúc của CKBN có tính đối xứng nên để giảm thời gian tính toán, trong nội dung này luận án thực hiện nghiên cứu trên mô hình mặt cắt ½ đối tượng, cấu trúc cách điện và các chi tiết khác được bỏ qua trong mô hình nghiên cứu. Mô hình ½ CKBN ba pha được thiết lập trong môi trường phân tích như thể hiện trên Hình 3.8.
Hình 3.8 Mô hình CKBN ba pha
Đặc tính vật liệu làm mạch từ thể hiện trong Phụ lục 2. Vùng không gian giới hạn mô phỏng mở rộng theo kích thước các chiều của mô hình đối tượng như Hình 3.9:
Hình 3.9 Không gian giới hạn mô phỏng và kích thước mở rộng các chiều
3.3.3 Phân tích kết quả
Sau khi thiết lập mô hình đối tượng và thực hiện mô phỏng với thời gian được thiết lập là 12s. Dây quấn ba pha có kiểu đấu dây là Y0, được nối với lưới điện 500 kV nên điện áp pha trên dây quấn là 500/√3 kV. Điện áp đặt vào các pha dây quấn khi thực hiện mô phỏng thể hiện trên Hình 3.10, dòng điện các pha trên CKBN được biểu diễn trên Hình 3.11.
46
Hình 3.10 Điện áp đặt vào các pha dây quấn CKBN 91 MVAr
Hình 3.10 cho thấy điện áp hiệu dụng đặt vào các pha dây quấn là điện áp pha định mức có giá trị 288,6751 kV sai khác chỉ 0,028% so với điện áp hiệu dụng trung bình thực tế đặt vào các pha khi thực hiện thực nghiệm là 288,7567 kV.
Hình 3.11 Dòng điện các pha trên dây quấn CKBN 91 MVAr
Dạng sóng dòng điện giữa các pha thể hiện trên Hình 3.11. Giá trị dòng điện hiệu dụng xác lập của các pha từ kết quả mô phỏng CKBN 91 MVAr được so sánh với giá trị dòng điện hiệu dụng định mức và so sánh với kết quả đo thực nghiệm, sai khác giữa các giá trị được đưa ra trong Bảng 3.3 và Bảng 3.4.
Bảng 3.3 So sánh giá trị dòng điện mô phỏng với giá trị định mức
Thông số
Dòng điện pha A Dòng điện pha B Dòng điện pha C
Bảng 3.4 So sánh giá trị dòng điện mô phỏng với kết quả đo thực nghiệm Thông số Dòng điện pha A Dòng điện pha B Dòng điện pha C Hình 3.12. Phân bố từ cảm trên mạch từ
Phân bố từ cảm trên mạch từ khi dòng điện trên pha B đạt cực đại mô tả trên
Hình 3.12.
Hình 3.13 Phân bố từ cảm trên đoạn C1-C2 giữa khối trụ
Hình 3.13 cho thấy từ cảm phân bố không đồng đều trên các khối trụ. Từ thông tập trung ở bề mặt ngoài của các khối trụ nên giá trị từ cảm ở xung quanh cạnh khối
48
trụ lớn hơn ở trong lòng khối trụ. Nguyên nhân của vấn đề này là do đặc điểm của CKBN cần thêm khe hở trên trụ để tăng từ trở mạch từ, làm xuất hiện thành phần từ thông tản xung quanh lân cận các khe hở gây gia tăng từ thông xung quanh khối trụ.
Hình 3.14 Phân bố từ cảm trên đoạn G1-G2 dọc khe hở giữa các khối trụ
Phân bố từ cảm trên đoạn G1-G2 giữa khe hở ngăn cách các khối trụ như Hình 3.14.
Hình 3.15 Phân bố từ cảm trên đoạn D1-D2 dọc theo chiều cao mặt trong dây quấn
Phân bố từ cảm trên đoạn D1-D2 dọc theo chiều cao mặt trong dây quấn được biểu thị trên Hình 3.15.
Hình 3.15 cho thấy, từ cảm dọc chiều cao mặt trong cuộn dây tương đối nhỏ và đồng đều, từ cảm trung bình 0,1797T. Kết quả này đạt được là do khe hở trên mạch từ CKBN này được hãng chế tạo chia nhỏ thành nhiều khe phân bố dọc trên trụ, qua đó tránh được ảnh hưởng của từ trường tản lên các phần dây quấn lân cận khe hở, giảm từ cảm khu vực dây quấn xung quanh khe hở về giá trị đồng đều so với các vị trí khác dọc cuộn dây.
49
Các giá trị điện cảm tự cảm và điện cảm hỗ cảm giữa các pha dây quấn thể hiện trong Bảng 3.5:
Bảng 3.5 Điện cảm tự cảm và hỗ cảm của CKBN 91 MVAr
Sai số giữa điện kháng các pha từ kết quả mô phỏng so với giá trị định mức thể hiện trên Bảng 3.6 và so sánh với kết quả đo thực nghiệm đưa ra trong Bảng 3.7.
Bảng 3.6 So sánh giá trị điện kháng mô phỏng với giá trị định mức
Thông số
Điện kháng pha A Điện kháng pha B Điện kháng pha C
Bảng 3.7 So sánh giá trị điện kháng mô phỏng với kết quả đo thực nghiệm
Thông số
Điện kháng pha A Điện kháng pha B Điện kháng pha C
Kết quả sai số giữa điện kháng các pha từ kết quả mô phỏng so với giá trị định mức hay so sánh với kết quả đo thực nghiệm đều đạt trong dải dung sai cho phép là 5% theo tiêu chuẩn IEC 289 hay tiêu chuẩn IEC 60076-6 về cuộn kháng điện.
Tổn hao đồng và tổn hao sắt của CKBN 91 MVAr được thể hiện tương ứng trên Hình 3.16 và Hình 3.17.
Hình 3.16 Tổn hao đồng trên CKBN 91 MVAr
Hình 3.17 Tổn hao sắt trên mạch từ CKBN 91MVAr
Các kết quả tổn hao đồng và tổn hao sắt trên mạch từ được so sánh với kết quả đo thực nghiệm, sai khác giữa các giá trị được đưa ra trong Bảng 3.8.
Bảng 3.8 So sánh các giá trị tổn hao mô phỏng với kết quả đo thực nghiệm
Thông số
Tổn hao sắt từ Tổn hao đồng
Từ các kết quả tổn hao đồng trên Hình 3.16, tổn hao sắt trên Hình 3.17 và so sánh với kết quả đo thực nghiệm ở Bảng 3.2, ta thấy giá trị nhận được từ mô phỏng CKBN nhỏ hơn giá trị đo thực nghiệm với sai số tổn hao đồng là 1,9% và sai số tổn hao sắt là 3,24%. Điều này chứng tỏ tính đúng đắn của mô hình mô phỏng CKBN. Sai khác này là do phương pháp PTHH là phương pháp gần đúng và mô hình mô phỏng thực hiện trên phần tác dụng gồm mạch từ và dây quấn, đã bỏ qua các vật liệu cách điện và cấu trúc hỗ trợ.