1. Mụ hỡnh đường dõy
Để xỏc định dũng điện ngắn mạch và điện ỏp ngắn mạch, trong nội dung đề tài cú ứng dụng phõn hệ ATPDraw của chương trỡnh (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 tồn thế giới trong các lĩnh vực tính tốn thiết kế cũng nh- vận hành cho các loại thiết bị khác trong hệ thống điện.
ATP-EMTP cho phép tính tốn các thơng số hệ thống điện trong chế độ quá độ ở miền thời gian. Các bài toán sau đây th-ờng đ-ợc giải quyết nhờ ch-ơng trình EMTP:
- Hành vi các thiết bị điều khiển trong hệ thống điện,
- Đóng cắt điện kháng, máy biến áp và tụ điện,
- Đóng và tự đóng lại đ-ờng dây,
- Đóng cắt máy cắt đồng thời hoặc không đồng thời,
- Đóng điện dung,
- ổn định quá độ, sa thải phụ tải,
- Phân tích sóng hài, cộng h-ởng lõi từ, dao động sắt từ,
- Chống sét,
- Quá điện áp thao tác, quá điện áp khí quyển, quá điện áp phục hồi,
- Nghiên cứu quá điện áp bằng xác suất thống kê,
- Kiểm tra các thiết bị rơle bảo vệ,
- Quá trình quá độ thao tác và ngắn mạch,
- Mô phỏng máy điện, khởi động động cơ,
- Mô phỏng các thiết bị FACTS nh- : SVC, STATCOM, TCSC,
- ứng dụng điện tử công suất mô phỏng hệ thống điều khiển,….
Ngồi ra ATP-EMTP cịn có khả năng chuyển các kết quả ở miền thời gian về miền tần số và phân tích hệ thống nhiều pha ở chế độ xác lập. ATP-EMTP cho phép mô phỏng các hệ thống điện lớn, phức tạp với quy mơ kích th-ớc cực đại nh- Bảng 4. 1.
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