Số l-ợng nút 6000
Số l-ợng nhánh 10000
Số l-ợng mạch ngắt 1200
Số l-ợng nguồn 900
Số l-ợng phần tử phi tuyến 2250
Số l-ợng máy điện 3 pha 90
Như đó nờu, phương phỏp xỏc định vị trớ sự cố từ tớn hiệu điện ỏp, dũng điện từ 2 đầu đường dõy cú nhược điểm là xỏc định vị trớ sự cố ứng với ngắn mạch chạm đất (1 pha và 2 pha chạm đất) cú sai số lớn do ảnh hưởng của tổng trở thứ tự khụng của mạch vũng ngắn mạch (bao gồm cả tổng trở ttk của nguồn, của đường dõy, điện trở hồ quang tại vị trớ sự cố và điện trở suất của đất). Do vậy trong nội dung nghiờn cứu, tỏc giả xỏc định cỏc thụng số này để đưa vào nội dung mụ phỏng, cụ thể như sau:
- Nghiờn cứu 2 trường hợp đại diện, bao gồm ngắn mạch 3 pha và ngắn mạch 1 pha.
- Nghiờn cứu ngắn mạch 1 pha cú xột tới:
+ Vựng đất dọc chiều dài đường dõy cú dõy 220 kV Nho Quan-Ninh cú điện trở suất là 1000 (.m).
+ Điện trở hồ quang tại vị trớ sự cố là 1 ().
+ Tổng trở nguồn cú tớnh tới tổng trở thứ tự khụng thể hiện như Hỡnh 4. 10.
+ Tổng trở thứ tự thuận, nghịch và thứ tự khụng (thụng số đường dõy trong phần Phụ lục): 2 2 2 2 1 2 1 2 1 2 Z Z (R R ) (X X ) (0,378 2,587) (1,699 9,652) 12, 41( ) 2 2 2 2 0 01 02 01 02 Z (R R ) (X X ) (2,134 3894) (7,577 20,886) 29,1( )
Tổng trở mạch vũng sự cố chạm đất 1 pha (pha A):
1 2 0 Z Z Z Z 17, 97( ) 3
Mụ phỏng đường dõy ngắn mạch với cỏc giả thiết như sau:
- Đường dõy cú tổng chiều dài 32 km được chia thành 4 đoạn để khảo sỏt cỏc điểm 5 điểm ngắn mạch tại cỏc vị trớ 1, 2, 3, 4 và 5 (Hỡnh 4.9) . Trong đú đoạn đường dõy 1- 2 dài 8,4 km; cỏc đoạn cũn lại đều nhau mỗi đoạn dài 7,78 km.
- Đặt 2 điểm đo dũng điện (I) và điện ỏp (V) tại 2 đầu đường dõy, trong đú: + Đầu đo phớa Ninh Bỡnh là đầu phỏt S (Send);
+ Đầu đo phớa Nho quan là đầu nhận R (Receive).
- Ngắn mạch cú tớnh tới điện trở của hồ quang RArc = 1 (Ohm).
Sơ đồ mụ phỏng đường dõy Ninh Bỡnh-Nho quan như Hỡnh 4.8 và Hỡnh 4.9.
2. Cỏc mụ hỡnh và mụ đun trong sơ đồ mụ phỏng a. Mụ hỡnh điện ỏp hệ thống
Mụ hỡnh điện ỏp nguồn hệ thống được thay thế bằng 2 mụ đun (điện ỏp và tổng trở trong) như Hỡnh 4. 10.
Hỡnh 4.9. Sơ đồ mụ phỏng đường dõy 220 kV Nho Quan-Ninh Bỡnh ngắn mạch 1 pha Hỡnh 4.8: Sơ đồ mụ phỏng đường dõy 220 kV Nho Quan-Ninh Bỡnh ngắn mạch 3 pha
*. 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)
- 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
) V ( 179629 3 220000 . 2 3 U . 2 Amp dm Hỡnh 4. 60. Mụ hỡnh điện ỏp nguồn hệ thống
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 đường dõy
Đường dõy Nho Quan-Ninh Bỡnh được biểu diễn bằng mụ đun LCC như Hỡnh 4.9 với cỏc thụng số cho trờn Hỡnh 4. 111.
* 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.
- 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 200-1000 .m [5], trong nghiờn cứu này lấy điện trở suất là 500 .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.
* Thụng số của đường dõy
Thụng số của đường dõy trong mụ đun LCC được cho trờn Error! Reference source 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).
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).
c. Mụ hỡnh tổng trở pha-đất
Mụ hỡnh tổng trở pha-đất sử dụng loại RLCY3, cú thụng số như trờn Hỡnh 4. 12
Với cỏc thụng số như sau:
R_1, L_1, C_1 là điện trở, điện cảm và điện dung trong pha 1. R_2, L_2, C_3 là điện trở, điện cảm và điện dung trong pha 2. R_3, L_3, C_3 là điện trở, điện cảm và điện dung trong pha 3.
d. Đầu đo điện ỏp (V), dũng điện (I)
Hỡnh 4. 82. Mụ hỡnh tổng trở pha-đất Bảng 4. 2. Thụng số của đường dõy
Đầu đo điện ỏp nỳt và dũng điện nhỏnh sử dụng loại Probes Vols và Probes Current như Hỡnh 4. 13.
đ. Điểm ngắn mạch
Điểm ngắn mạch được sử dụng mụ đun Switches và điện trở hồ quang Rarc như Hỡnh 4. 14.
e. 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 như Hỡnh 4. 15.
*. 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. Delta T: B-ớc thời gian mô phỏng (giây)
Hỡnh 4. 93. Đầu đo điện ỏp và dũng điện
Hỡnh 4. 104. Mụ hỡnh điểm ngắn mạch
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)
*. 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. - Ngồi ra cịn chọn các chức năng khác là :
Automatic: các điều kiện ban đầu đ-ợc tính tốn 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).
Per unit: chọn hiển thị kết quả cả trong đơn vị t-ơng đối
III. Kết quả mụ phỏng 1. Ngắn mạch 3 pha 1. Ngắn mạch 3 pha
a) Dũng điện và điện ỏp khi ngắn mạch tại vị trớ 1.
Điện ỏp và dũng điện 3 pha phớa đầu phỏt (S) và đầu nhận (R) được biểu diễn trờn Hỡnh 4. 16. Kết quả cho thấy khi xảy ra sự cố ngắn mạch tại vị trớ 1 thỡ điện ỏp pha A trờn thanh gúp S giảm về gần 0 kV (điện ỏp phớa S là 1,85 kV Hỡnh 4. 16.a), trong khi điện ỏp phớa R giảm cũn 52 kV và cú dao động tần số cao ngay sau khi xảy ra sự cố (Hỡnh 4. 16. b) do sự chuyển dịch điện tớch giữa cỏc pha từ chế độ bỡnh thường sang chế độ sự cố.
Dũng điện ngắn mạch xung kớch pha A tại đầu phỏt S đạt 4,626 kA (Hỡnh 4. 16. c) và phớa đầu nhận R đạt 3,9 kA (Hỡnh 4. 16. d).
b) Dũng điện và điện ỏp khi ngắn mạch tại vị trớ 2, 3, 4 và 5.
Trờn Hỡnh 4. 17 là biểu đồ điện ỏp và dũng điện tại 2 đầu đường dõy. Từ kết quả cho thấy khi điểm ngắn mạch càng xa phớa thanh gúp Ninh Bỡnh thỡ điện ỏp đo được trờn phớa đầu đường dõy (S) tăng dần và dũng điện ngắn mạch đo được trờn phớa S giảm dần, cũn điện ỏp và dũng điện đo được ở cuối đường dõy (phớa Nho Quan_R) thỡ diễn biến ngược lại. Như vậy, thấy rằng quan hệ giữa dũng điện và điện ỏp phụ thuộc vào tổng trở của đường dõy, và về mặt nguyờn lý thỡ phương phỏp xỏc định vị trị sự cố dựa vào quan hệ dũng điện, điện ỏp và tổng trở cú thể hoàn toàn xỏc định được.
Thật vậy, theo nội dung phương phỏp xỏc định vị trớ sự cố bằng cỏch đo điện ỏp và dũng điện từ 2 đầu đường dõy đồng bộ theo thời gian với quan hệ:
Hỡnh 4. 126. Biến thiờn dũng điện và điện ỏp tại 2 đầu đường dõy khi ngắn mạch 3 pha a) Biến thiờn điện ỏp 3 pha tại đầu Ninh Bỡnh (S);
b) Biến thiờn điện ỏp 3 pha tại đầu Nho Quan (R) c) Biến thiờn dũng điện 3 pha tại đầu Ninh Bỡnh; d) Biến thiờn dũng điện 3 pha tại đầu Nho Quan.
a) b) c) d) (f ile nm3-1.pl4; x-v ar t) v :RA v :RB v :RC 0 10 20 30 40 50 [ms] 60 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 [kV]
(f ile nm3-1.pl4; x-v ar t) c:SA -1A c:SB -1B c:SC -1C 0 10 20 30 40 50 [ms] 60 -5000 -3750 -2500 -1250 0 1250 2500 3750 5000 [A]
(f ile nm3-1.pl4; x-v ar t) c:RA -X0006A c:RB -X0006B c:RC -X0006C 0 10 20 30 40 50 [ms] 60 -4000 -3000 -2000 -1000 0 1000 2000 3000 4000 [A] (f ile nm3-1.pl4; x-v ar t) v :SA v :SB v :SC 0 10 20 30 40 50 [ms] 60 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 [kV]
A B B D D A B U U I * Z x Z *(I I ) (%)
Trờn Hỡnh 4. 17 biểu diễn 2 cặp điện ỏp, dũng điện đo được từ 2 đầu đường dõy Ninh Bỡnh (S) và Nho Quan (R) tại cỏc vị trớ ngắn mạch tương ứng 2, 3, 4 và 5. Từ kết quả này nếu chọn thời gian đồng bộ là t = 0,02 (s) thỡ cỏc cặp trị số điện ỏp và dũng điện được xỏc định như Bảng 4. 3.
Trong đú:
Tổng trở ZD lấy bằng tổng trở thứ tự thuận của đường dõy Z1 = 12,41 ().
(f ile nm3-3.pl4; x-v ar t) v :SA v :RA c:SA -1A c:RA -X0006A 0 10 20 30 40 50 [ms] 60 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 *103
(f ile nm3-2.pl4; x-v ar t) v :SA v :RA c:SA -1A c:RA -X0006A 0 10 20 30 40 50 [ms] 60 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 *103
(f ile nm3-4.pl4; x-v ar t) v :SA v :RA c:SA -1A c:RA -X0006A 0 10 20 30 40 50 [ms] 60 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 *103
(f ile nm3-5.pl4; x-v ar t) v :SA v :RA c:SA -1A c:RA -X0001A 0 10 20 30 40 50 [ms] 60 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 *103 b) c) a) d)
Hỡnh 4. 137. Biểu đồ điện ỏp và dũng điện tại 2 đầu đường dõy khi ngắn mạch 3 pha a) Điện ỏp và dũng điện khi ngắn mạch tại 2;
b) Điện ỏp và dũng điện khi ngắn mạch tại 3 c) Điện ỏp và dũng điện khi ngắn mạch tại 4;
d) Điện ỏp và dũng điện khi ngắn mạch tại 5
uS uR
Từ kết quả Bảng 4. 3 cho thấy khi ngắn mạch tại vị trớ 2 (cỏch thanh gúp của trạm biến ỏp 220 kV Ninh Bỡnh 8,4 km) thỡ sai số (100*tớnh toỏn/thực tế) là -5,4%. Nếu ngắn mạch tại cỏc vị trớ 3, 4 và 5 thỡ sai số tương ứng là 1,5%; 4,2% và 1,4%.
Bảng 4. 3: Kết quả xỏc định vị trớ sự cố trong trường hợp ngắn mạch 3 pha
Điểm sự cố Vị trớ đo Điện ỏp (V) Dũng điện (A) x tớnh toỏn (%) x thực tế (%) Sai số % 2 S 8434 3913 0.24 0.26 -5.4 R 27664 3309 3 S 18661 3574 0.51 0.50 1.5 R 17382 3622 4 S 29287 3207 0.79 0.75 4.2 R 8283 3868 5 S 37390 3015 1.01 1.00 1.4 R -1310 4270
Sở dĩ kết quả tớnh toỏn cú sai số như trờn là do thực tế và mụ phỏng trong phần mềm là đường dõy Ninh Bỡnh-Nho quan là khụng đồng nhất (sử dụng 2 loại mó dõy dẫn khỏc nhau). Trong khi biểu thức xỏc định vị trớ sự cố (x%) được giả thiết là dõy dẫn đồng nhất.
2. Ngắn mạch 1 pha chạm đất
Khi ngắn mạch 1 pha chạm đất, do cú ảnh hưởng của tổng trở thứ tự khụng đường dõy, điện trở suất của đất, tổng trở thứ tự khụng của nguồn hệ thống và điện trở hồ quang tại vị trớ ngắn mạch Rarc do vậy trong biểu thức xỏc định vị trớ sự cố nếu thay thế tổng trở thứ tự thuận ZD bằng tổng trở Z =17,79 () (cú kể tới tổng trở thứ tự khụng của mạch vũng ngắn mạch) thỡ hoàn toàn cú thể xỏc định được vị trớ sự cố một cỏch chớnh xỏc.
Trờn Hỡnh 4.9 biểu diễn cặp điện ỏp và dũng điện được đo tại 2 đầu đường dõy khi ngắn mạch chạm đất 1 pha tại vị trớ 1. Ta thấy rằng, điện ỏp tại pha sự cố (pha A) phớa Ninh Bỡnh giảm gần về 0 kV, trong khi điện ỏp phớa đầu Nho quan khoảng 54 kV và xuất hiện dao động tần số cao ngay sau thời điểm sự cố. Dũng điện ngắn mạch 1 pha siờu quỏ độ phớa Ninh Bỡnh và Nho Quan tương ứng là 3,334 kA và 2,616 kA, trong khi cỏc pha khỏc xuất hiện dũng điện cảm ứng.
Trờn Hỡnh 4.19 biểu diễn cỏc cặp điện ỏp và dũng điện đo được từ 2 đầu đường dõy, và kết quả xỏc định vị trớ sự cố được cho trong Bảng 4. 4.
Bảng 4. 4. Kết quả xỏc định vị trớ sự cố trong trường hợp ngắn mạch 1 pha
Điểm
sự cố Vị trớ đo Điện ỏp (V) Dũng điện (A) x đo (%) x thực tế (%) Sai số % 2 S 14197 2950 0.25 0.26 -3.5 R 34295 2465 3 S 23137 2738 0.50 0.51 -1.6 R 23176 2746 4 S 32870 2505 0.74 0.75 -2.1 R 13663 2994 5 S 45233 2192 1.00 1.00 0 R 5368 3172
(file nm1-1.pl4; x-var t) v:SA v:SB v:SC
0 10 20 30 40 50 [ms] 60 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 [kV]
(file nm1-1.pl4; x-var t) v:RA v:RB v:RC
0 10 20 30 40 50 [ms] 60 -200 -150 -100 -50 0 50 100 150 200 [kV]
(file nm1-1.pl4; x-var t) c:SA -1A c:SB -1B c:SC -1C
0 10 20 30 40 50 [ms] 60 -4000 -3000 -2000 -1000 0 1000 2000 3000 4000 [A]
(file nm1-1.pl4; x-var t) c:RA -5A c:RB -5B c:RC -5C
0 10 20 30 40 50 [ms] 60 -3000 -2000 -1000 0 1000 2000 3000 [A] a) b) c) d)
Hỡnh 4.18. Biến thiờn dũng điện và điện ỏp tại 2 đầu đường dõy khi ngắn mạch 1 pha a) Biến thiờn điện ỏp 3 pha tại đầu Ninh Bỡnh (S); a) Biến thiờn điện ỏp 3 pha tại đầu Ninh Bỡnh (S);
b) Biến thiờn điện ỏp 3 pha tại đầu Nho Quan (R) c) Biến thiờn dũng điện 3 pha tại đầu Ninh Bỡnh; d) Biến thiờn dũng điện 3 pha tại đầu Nho Quan.