Đường dây 220 kV Phú Lâm - Hóc Mơn do Cơng Ty Truyền Tải Điện 4 quản lý, đây là tuyến đường dây huyết mạch liên kết mạch vòng với Trung tâm Điện lực Phú Mỹ (Phú Mỹ - Cát Lái - Thủ Đức - Hóc Mơn - Phú Lâm và Phú Mỹ - Nhà Bè - Phú Lâm). Đường dây được xây dựng và đưa vào vận hành năm từ 1985, làm nhiệm vụ cung cấp điện cho TP.HCM, có tổng chiều dài tồn tuyến khoảng 17,8 km, đi qua các quận 12, Bình Tân và huyện Hóc Mơn.
Dữ liệu thực tế sử dụng được cung cấp từ Công ty Cổ Phần Tư Vấn Xây Dựng Điện 2 (PECC2). Ta lấy đường dây truyền tải 220kV Phú Lâm – Bình Tân để xây dựng mơ hình trên EMTP. Với chiều dài từng khoảng vượt được dựa theo Quy Phạm Trang Bị Điện [7], chiều dài khoảng vượt đối với cấp 220kV là 300m.
Đường dây khảo sát Phú Lâm – Bình Tân
Cấp điện áp 220kV
Loại dây ACSR 411.6
Số mạch 1 Chiều dài tổng 17.89km Điện trở DC (Ω/km) 0.089 Bán kính (cm) 2.64 Số khoảng vượt 60 Số dây chống sét 2 Đường kính dây chống sét 1.37 Điện trở DC (Ω/km) dây chống sét 0.279
Chiều dài cọc (m) 3
Chất liệu Đồng
Đường kính cọc (cm) 4
Độ chơn sâu (m) 0.8
Điện trở suất của đất (Ω.m) 100
Độ dẫn điện của đất 1
Hằng số điện môi của đất 5
Kiểu chôn Chôn dọc
Thông số cột truyền tải 8m
Dây chống sét Pha A Pha A 0.6m 6m 16.5m 6m Pha B 4.6 m Pha C 6m 31.5m 0.8m 3m Điện cực nối đất 4cm
Trở kháng tự thân của cột truyền tải và dây dẫn nối đất là không đáng kể. Đường dây thiết lập chỉ sử dụng phần lộ bên phải của cột truyền tải. Trở kháng nguồn tại trạm Phú Lâm được cung cấp bởi PECC2 có R(Ω) =0.00186 và X(Ω) = 0.00828 thứ tự không và R(Ω) =0.00129 và X(Ω) = 0.00482 tại thứ tự thuận và thứ tự nghịch
Xét về bài tốn q độ sét vì dịng sét khơng có tần số cố định nên ta chọn mơ hình đường dây phụ thuộc tần số ( Frequency Dependent Transmision Line Model ) nhằm tăng độ chính xác cho mơ phỏng cũng như tính tốn trên EMTP. Dùng mơ hình đường dây phụ thuộc tần số tuy làm tăng khối lượng tính tốn cũng như thời gian mơ phỏng nhưng độ chính xác về số liệu tính tốn cũng như dạng đồ thị điện áp lớn hơn rất nhiều so với khi sử dụng mơ hình tham số hằng (Constant Parameter) trong việc tính tốn q độ dịng điện sét.
Đối với đường dây
FD ta cần nhập các thông số như cấu trúc treo dây trên cột, thông số dây dẫn, phân pha, chiều dài đoạn dây... trong Module Line Data để chương trình có thể tính tốn số liệu và đưa vào
mơ hình đường dây mà ta muốn mô phỏng.
Dữ liệu ta đưa vào
Module Line Data bao gồm [9]
Module: cho phép khai báo các dạng dữ liệu cần tính (line model hoặc Line Parameters) Line Model: tạo ra mơ hình đường dây cho các bài tốn chế độ xác lập và mơ phỏng thời gian Line Parameters: tính điện trở, điện kháng, và điện dung của dây dẫn.
Unit: xác định đơn vị sử dụng cho dữ liệu bao gồm hệ SI hoặc hệ English. Input option: lựa chọn cách khai báo sơ đồ bố trí và số liệu dây dẫn.
Hình 4. 1 : Mơ hình đường dây phụ thuộc tần số trong EMTP
DC resistance: điện trở 1 chiều đơn vị của dây dẫn Outside diameter: đường kính ngồi dây dẫn.
Horizontal distance: tọa độ x của dây dẫn so với 1 mốc chung (x=0). Vertical Height at tower (VHtower): độ cao treo dây so với mặt đất
Vertical Height at Midspan (VHmid): độ cao tại điểm võng thấp nhất của đường dây Additional data for Wire: cho phép khai báo dữ liệu chi tiết thêm về từng dây dẫn
Skin effect corection: hiệu chỉnh theo hiệu ứng bề mặt: Thick/Diam: khai báo tỉ số T/D (Thickness/Diameter) None: bỏ qua hiệu ứng bề mặt
Solid conductor: coi gần đúng dây dẫn đặc.
Galloway-Wedephol: sử dụng công thức hiệu chỉnh Galloway Wedephol Bundle conductor: khai báo đối với dây phân pha
Number of conductorin the bundle: số dây dẫn cùng 1 pha Spacing: khoảng cách giữa hai dây liền kề.
Angular position là góc của dây đầu tiên. Line length : Độ dài đường dây thiết lập
Ground return resitivity : Điện trở suất của đất
Real Ti : Thiết lập ma trận tính tốn Ti cho mơ hình đường dây
Find model frequency automatically : Tự động dị tìm tần số mơ phỏng Frequency range : Phổ tần số tính tốn
Numbers of decades : Số mốc tần số
Points per decade : Số phân đoạn theo mỗi mốc tần số Fmin : Tần số nhỏ nhất bắt đầu tính tốn
Maximum number of poles : Số cực hàm truyền tính tốn cho trở kháng đặc trưng Zc và
Tại trạm Phú Lâm ta dùng module nguồn 220 kV có gắn kèm với trở kháng để mơ tả nguồn nhìn về phía hệ thống tại nút điện áp được gắn để thực hiện mô phỏng.
Trong module này
ta nhập các giá trị thơng số cơ bản như giá trị điện áp, góc lệch pha, tần số và giá trị trở kháng Thevenin nhìn về phía hệ thống
Hình 4. 5 : Module nguồn với trở kháng ( V with impedance)
EMTP cho phép ta tạo mơ hình bất kỳ đi kèm với sơ đồ mạch có thành phần là các Module có sẵn trong EMTP. Để tạo ra một mơ hình mới ta chọn New – Device Symbol sau đó vẽ và thiết kế giao diện cho Module mới.
Sử dụng các Pins trong EMTP để
tạo các ngõ vô và ngõ ra cho các module Trong đó tại mơ hình cột truyền tải ta có 5 ngõ vào và 3 ngõ ra bao gồm :
Ngõ vào các pha A,B,C (phaseain, phasebin, phasecin) Ngõ vào dây chống sét (GW1,GW2)
Ngõ ra các pha A,B,C ( phaseaout, phasebout, phasecout)
Sau khi thiết kế xong giao diện cho Module mới và lưu lại. Ta sẽ thấy Module mới xuất hiện trên thư viện Module của EMTP. Kéo Module vào xong đó nhấp đúp sẽ thấy hộp thoại yêu cầu tạo mạch bên trong cho Module lúc này ta thiết kế mạch cho Module mới với
các ngõ vào và ra đã tạo khi thiết kế
giao diện.
Hình 4.9 : Giao diện dịng sét đánh vào đường dây tạo mới trên EMTP
do khơng đáng kể. Trong đó ta chọn mơ hình đường dây tham số hằng 1 pha ( CP 1 phase version ) đại diện cho trở kháng cọc nối đất với các thông số như sau.
Trong đó nhập các thơng số [9] từ các tính tốn sau Zs : Trở kháng đặc trưng được tính theo cơng thức [15]
(4.1) với (4.2)
v : Vận tốc lan truyền sóng điện áp (3.108 m/s)
R ' : Điện trở trên một đơn vị chiều dài được tính theo cơng thức [15]
(4.3)
Hình 4.15 : Thơng số chuỗi sứ cách điện khai báo trên EMTPHình 4.13 : Thơng số khai báo tính tốn trở kháng cho cột truyền tải Hình 4.13 : Thơng số khai báo tính tốn trở kháng cho cột truyền tải
Trong mơ hình cột truyền tải, cần thiết lập các chuỗi sứ cách điện giữa các dây pha và cột truyền tải. Ta chọn module Flash Over Switch để mô phỏng chuỗi sứ trên đường dây.
Trong đó
tclose : Thời gian đến khi chuỗi sứ bị phóng điện
tdelay : Thời gian sau khi phóng điện xảy ra, chuỗi sứ chỉ cách điện trở lại khi hết tdelayvà đồng
thời dòng qua chuỗi sứ nhỏ hơn hoặc bằng Imargin. Vflash : Điện áp phóng điện của chuỗi sứ
Điện áp phóng điện của chuỗi sứ được tính tốn theo cơng thức [15]
Hình 4.16 : Mơ hình mạch đầy đủ của cột truyền tải
trước ( Matlab, Fortran) để tính các thơng số theo mơ hình Jmarti dựa trên các số liệu về điện cực nối đất trên mơ hình cột truyền tải thực tế.
Sau khi thiết kế các thành phần ta thiết kế Subcircuit để làm gọn mơ hình bằng cách gom nhiều cột truyền tải vơ một Subcircuit. Ở đây ta gom nhiều 10 cột /3 km vào một Subcircuit. Đường dây Phú Lâm – Bình Tân được chia thành 6 đoạn và được thiết kế trong
EMTP như sau.
Hình 4.19: Mơ hình subcircuit 10 cột truyền tải tương ứng 3km xây dựng trên EMTP
Hình 4.23 : Mơ hình sét đánh vào đường dây chống sét tại cột đầu tiên rời trạm Phú Lâm
4.2) MÔ PHỎNG QUÁ ĐỘ SÉT TRÊN ĐƯỜNG DÂY VÀ QUAN SÁT ĐIỆN ÁP TRÊN ĐIỆN CỰC NỐI ĐẤT GIỮA CÁC CỘT TRUYỀN TẢI
Sét đánh vào cột truyền tải có thể chia thành 4 trường hợp bao gồm sét đánh vào dây chống sét, sét đánh vào các pha A,B,C. Mô phỏng trên EMTP như sau.