Các kiểu thí nghiệm TRV
Giá trị TRV (kV) Trường hợp thí nghiệm
IEC 62271-100 817 Chỉ thí nghiệm ngắn mạch IEC 62271-110 853 Trung tính kháng nối đất trực tiếp Theo sơ đồ vận hành
thực tế
1.386 Trung tính kháng –
nối đất thơng qua kháng trung tính
5.1.5 Kết luận
Dựa vào kết quả liệt kê ở Bảng 5.3 ta nhận thấy máy cắt K502 được thí nghiệm theo tiêu chuẩn IEC 62271-100 có giá trị TRV chịu đựng (817 kV) nhỏ nhất so với giá trị TRV theo tiêu chuẩn IEC 62271-110 (853 kV) và theo vận hành với sơ đồ thực tế (1.386 kV). Tuy nhiên giá trị TRV được thí nghiệm theo tiêu chuẩn IEC
khơng có quy định. Giá trị TRV theo tiêu chuẩn IEC 62271-100 thường nhỏ hơn tiêu chuẩn IEC 62271-110 (phiên bản 2017) dùng cho cắt tải có tính cảm với dịng điện nhỏ. Vì vậy đối với các máy cắt dùng để đóng cắt kháng trước khi đưa vào vận hành phải được kiểm tra và thử nghiệm theo hai tiêu chuẩn này.
Nếu tính tốn giá trị TRV chịu đựng của máy cắt dựa theo tiêu chuẩn IEC 62271-110 thì giá trị TRV (853 kV) thấp hơn giá trị mô phỏng theo sơ đồ vận hành thực tế (1.386 kV). Như vậy đối với sơ đồ vận hành kháng bù ngang có trung tính
nối đất thơng qua kháng trung tính có giá trị TRV rất lớn, lớn hơn khả năng chịu đựng TRV của máy cắt đang vận hành. Đây là nguyên nhân gây phóng điện bên trong tiếp điểm động của máy cắt kháng K502 pha B tại ngăn lộ kháng bù ngang KH502 trạm 500 kV Ơ Mơn. Để giải quyết vấn đề này phần tiếp theo sẽ trình bày các giải pháp nhằm hạn chế giá trị TRV về mức thấp nhất và cũng như đưa ra các giải pháp vận hành tốt nhất khi đóng cắt máy cắt cuộn kháng bù ngang.
5.2 Các giải pháp hạn chế quá điện áp phục hồi – TRV5.2.1 Lắp đặt chống sét van 5.2.1 Lắp đặt chống sét van
Theo sơ đồ đang vận hành thực tế tại ngăn kháng bù ngang 128 MVar tại trạm biến áp 500 kV Ơ Mơn có lắp đặt chống sét van 03 pha rời hiệu AREVA kiểu PS2B 444 Z 468, đặt giữa máy cắt K502 và kháng bù ngang KH502 như Hình 5.2:
Hình 5.2: Vị trí lắp đặt chống sét van.
Vận dụng mơ hình chống sét van thực tế để đưa vào mơ hình mơ phỏng của đề tài như Hình 5.3 nhằm đánh giá hiệu quả hạn chế TRV của chống sét.
Hình 5.3: Mơ hình mơ phỏng giải pháp lắp đặt chống sét van bằng phần mềm ATP.
Thông số của chống sét van: Chống sét van sử dụng trong mơ hình mơ phỏng hiệu
AREVA, kiểu PS2B 444 Z 468, có các thơng số mơ phỏng như hình sau:
Hình 5.4: Thơng số mơ phỏng của chống sét van.
Kết quả mô phỏng TRV sau khi áp dụng giải pháp lắp đặt chống sét van như Hình 5.6 và bảng tổng hợp giá trị TRV trước và sau khi lắp đặt chống sét van được cho trong Bảng 5.4:
Hình 5.5: TRV – trường hợp cắt tại góc 900.
Hình 5.6: Dao động điện áp tại pha A khi cắt máy cắt. Bảng 5.4: Bảng tổng hợp giá trị TRV trước và sau khi lắp đặt chống sét van:
TRV tại góc cắt 900
Dựa vào kết quả mô phỏng (Bảng 5.4) ta thấy giá trị TRV giảm đáng kể (từ 1.386 kV về 818 kV) sau khi lắp đặt chống sét van 03 pha. Như vậy theo tiêu chuẩn IEC 62271-110 thì máy cắt có giá trị TRV (TRV = 853 kV) chịu được TRV sau khi áp dụng giải pháp lắp đặt chống sét van (TRV = 818 kV).
Kết luận:
-Dựa vào kết quả mô phỏng ta thấy do TRV xuất hiện tại pha A khi cắt máy cắt 03 pha rời nên chống sét van pha A sẽ làm việc khi điện áp TRV đạt mức điện áp làm việc của chống sét van. Điều này dễ nhận ra trong vận hành khi cắt máy cắt
kháng bù ngang xảy ra hiện tượng bộ đếm sét của 01 pha tăng lên, 02 pha cịn lại khơng thay đổi.
-Sau khi áp dụng giải pháp lắp đặt chống sét van thì giá trị biên độ đỉnh của TRV giảm đáng kể về giá trị TRV cho phép chịu đựng của máy cắt (818 kV < 853 kV). Tuy nhiên giá trị TRV này vẫn còn khá lớn.
5.2.2 Lắp dao cách ly nối đất trung tính kháng bù ngang
Dựa vào kết quả phân tích trong Bảng 5.3 thì giá trị TRV trong trường hợp kháng bù ngang có trung tính nối đất trực tiếp thấp hơn trường hợp kháng bù ngang có trung tính nối đất thơng qua kháng trung tính. Như vậy mục đích lắp đặt dao cách ly (DCL-2) nhằm thay đổi đấu nối phía trung tính của kháng bù ngang sang đấu nối trực tiếp xuống đất theo tiêu chuẩn IEC 62271-110.
Sơ đồ lắp đặt được biễu diễn như Hình 5.7 sau:
Hình 5.7: Lắp đặt dao cách ly (DCL-2) nối đất trung tính kháng bù ngang.
Hình 5.8: Mơ hình mơ phỏng giải pháp lắp đặt chống sét van kết hợp dao cách ly. Khi đóng máy cắt K502:
Trường hợp 1: Kháng bù ngang có trung tính nối đất thơng qua kháng trung tính.
Hình 5.9: Kháng bù ngang có trung tính nối đất thơng qua kháng trung tính.
- Tại góc đóng 00:
Hình 5.10: Dịng điện xung kích xuất hiện lúc đóng kháng tại góc đóng 00.
- Tại góc đóng 900:
Hình 5.11: Dịng điện xung kích xuất hiện lúc đóng kháng tại góc đóng 900. Trường hợp 2: Kháng bù ngang có trung tính nối đất trực tiếp.
- DCL-1: cắt.
Hình 5.12: Lắp dao cách ly nối đất trực
tiếp trung tính kháng bù ngang.
- Tại góc đóng 00:
Hình 5.13: Dịng điện xung kích xuất hiện lúc đóng kháng tại góc đóng 00.
- Tại góc đóng 900:
Hình 5.14: Dịng điện xung kích xuất hiện lúc đóng kháng tại góc đóng 900.
Bảng tổng hợp giá trị dịng điện kích từ (Inrush current) xuất hiện khi đóng máy cắt: Bảng 5.5: Dịng điện kích từ xuất hiện khi đóng máy cắt kháng bù ngang:
Kháng bù ngang có trung tính nối đất thơng qua kháng trung tính
269 (A) 171 (A)
Kháng bù ngang có trung tính nối đất trực tiếp
273,5 (A) 140 (A)
Kết luận:
Dựa vào Bảng 5.5 ta thấy dịng điện kích từ có giá trị lớn nhất tại thời điểm đóng máy cắt kháng bù ngang có trung tính nối đất trực tiếp tại góc đóng 00. Vì vậy để giảm dịng điện kích từ này khi đóng máy cắt kháng tại góc đóng bị ảnh hưởng nặng nề nhất (tại góc đóng 00) ta nên đóng máy cắt kháng bù ngang có trung tính nối đất thơng qua kháng trung tính, có nghĩa là khi đóng máy cắt kháng thì DCL-1 đóng, DCL-2 mở.
Ngồi ra để giảm dịng điện kích từ khi đóng máy cắt kháng bù ngang phải kết hợp với các thiết lựa chọn thời điểm đóng thích hợp - tại góc đóng 900 (dịng điện kích từ giảm từ 269 A 171 A). Hiện nay trên lưới điện 500 kV đã lắp đặt và vận hành các rơle lựa chọn thời điểm đóng cắt, các rơle này thường được lắp đặt tại các ngăn lộ đường dây và ngăn lộ máy biến áp, dùng để điều khiển lựa chọn thời điểm đóng cắt kháng bù ngang, máy biến áp, tụ bù dọc.
Khi cắt máy cắt K502: - DCL-1: cắt.
- DCL-2: đóng.
Kháng bù ngang có trung tính nối đất trực tiếp.
Bảng 5.6: Bảng so sánh giá trị TRV trước và sau khi áp dụng các giải pháp:
Trường hợp mô phỏng TRV tại góc cắt 90(kV) 0 Khơng có chống sét van 1.386
Có chống sét van 818 Chống sét van + dao cách ly nối đất trung tính kháng bù
ngang 800
Dựa vào bảng 5.6 ta thấy giá trị TRV giảm đáng kể (từ 1386 kV về 800 kV) sau khi áp dụng giải pháp lắp đặt chống sét van và dao cách ly nối đất trung tính kháng bù ngang.
Kết luận:
Qua kết quả mô phỏng sau khi kết hợp 02 giải pháp hạn chế TRV như nêu trên thì giá trị TRV giải đáng kể về giá trị cho phép chịu đựng TRV của máy cắt. Mô phỏng đưa ra kết quả phù hợp với tiêu chuẩn IEC 62271-110 cho trường hợp kháng bù ngang có trung tính đấu nối trực tiếp với đất.
Mô phỏng được trường hợp kháng bù ngang đấu qua kháng trung tính có giá trị TRV cao hơn trường hợp kháng đấu nối trực tiếp. Qua đó phần nào giải thích được lý do tại sao phía trung tính của kháng bù ngang 500 kV – 128 MVar thay đổi từ kháng bù ngang có trung tính nối đất thơng qua kháng trung tính kháng bù ngang có trung tính nối đất trực tiếp.
Hình 5.16: Giải pháp nối đất trực tiếp trung tính kháng bù ngang đang áp dụng tại ngăn lộ kháng 128 MVar.
5.3. Kết luận
Sau khi áp dụng giải pháp lắp đặt dao cách ly để thay đổi phương thức vận hành phía trung tính của cuộn kháng bù ngang 500 kV - 128 MVar thay đổi từ kháng bù ngang có trung tính nối đất thơng qua kháng trung tính kháng bù ngang có trung tính nối đất trực tiếp, theo Bảng 5.6 thì giá trị TRV giảm về mức cho phép chịu đựng của máy cắt theo tiêu chuẩn IEC 62271-110 (800 kV < 853 kV).
Qua các phân tích và kết quả mơ phỏng nêu trên cho thấy giải pháp lắp đặt chống sét van kết hợp với lắp dao cách ly nối đất trực tiếp trung tính kháng bù ngang là một giải pháp rất hiệu quả, làm giảm đáng kể giá trị điện áp quá độ phục hồi – TRV xảy ra giữa tiếp điểm cắt của máy cắt khi cắt kháng bù ngang, làm tăng tuổi thọ vận hành của máy cắt và góp phần duy trì ổn định hệ thống điện. Dao cách ly này phải đưa vào vận hành trước khi cắt máy cắt kháng và đưa ra khỏi vận hành trước khi đóng máy cắt kháng. Cụ thể thao tác dao cách ly như sau:
+ Khi cắt máy cắt kháng bù ngang (K502 cắt): DCL-1 cắt, DCL-2 đóng. + Khi đóng máy cắt kháng bù ngang (K502 đóng): DCL-1 đóng, DCL-2 cắt.
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
6.1 Kết quả đạt được
Đề tài đã phân tích các ảnh hưởng của điện áp quá độ phục hồi TRV xảy ra khi cắt máy cắt cuộn kháng bù ngang 500 kV – 128 MVar dựa vào việc xây dựng mơ hình mơ phỏng theo sơ đồ vận hành thực tế bằng phần mềm phân tích q độ ATP/EMTP. Qua đó đánh giá được khả năng chịu đựng TRV của máy cắt và đề ra các giải pháp tốt nhất nhằm hạn chế ảnh hưởng của TRV lên máy cắt. Kết quả tính tốn và mơ phỏng cho thấy hiệu quả mang lại của các giải pháp làm giảm đáng kể giá trị TRV về giá trị cho phép chịu đựng của máy cắt và phù hợp với các tiêu chuẩn về kiểm tra khả năng chịu đựng TRV dành cho máy cắt cuộn kháng bù ngang đang được áp dụng trên thế giới. Do đó, kết quả đạt được của nghiên cứu này có thể sẽ làm nền tảng cho việc phát triển các giải pháp hạn chế TRV cho các trạm biến áp có cuộn kháng bù ngang ở Việt Nam.
Về mặt kinh tế:
Đối với các máy cắt cuộn kháng bù ngang đang vận hành trên lưới khơng được thí nghiệm giá trị chịu đựng TRV theo tiêu chuẩn IEC 62271-110 dành cho phụ tải có tính cảm với dịng điện nhỏ. Cụ thể là với máy cắt cuộn kháng bù ngang thì việc áp dụng mơ hình này sẽ đánh giá được mức độ chịu đựng TRV của máy cắt đối với sơ đồ vận hành thực tế, góp phần giảm chi phí bảo trì bảo dưỡng và thay mới máy cắt.
Về mặt kỹ thuật:
-Lựa chọn máy cắt phù hợp, chịu đựng được giá trị TRV khi cắt cuộn kháng bù ngang trong phương thức đấu nối vận hành thực tế.
-Lựa chọn phương thức vận hành tốt nhất nhằm giảm giá trị TRV về mức thấp nhất để phù hợp mức chịu đựng của máy cắt đang vận hành bằng cách tính tốn và mơ phỏng trường hợp kháng có trung tính nối đất trực tiếp và nối đất thơng qua cuộn kháng trung tính.
-Đưa ra các giải pháp tốt nhất nhằm làm giảm đáng kể giá trị TRV để làm tăng tuổi thọ máy cắt và góp phần làm ổn định hệ thống điện.
Áp dụng thực tế:
cắt kháng bù ngang thì cần phải thay đổi đấu nối trực tiếp trung tính kháng bù ngang xuống đất.
Sắp tới đây giải pháp thay đổi đấu nối trung tính trực tiếp xuống đất của kháng bù ngang 500 kV nằm trong dự án “Dự án bổ sung thiết bị đóng cắt trung tính kháng bù ngang” [11] sắp được triển khai áp dụng tại các trạm biến áp 500 kV như: Sông Mây, Tân Định, Cầu Bơng, Phú Lâm, Ơ Mơn thuộc lưới điện của Công Ty Truyền tải Điện 4 (PTC4) quản lý. Đồng thời việc nối đất trung tính của kháng bù ngang cũng đã đưa vào “Quy định đặc tính kỹ thuật cơ bản của kháng dầu bù ngang 500 kV trên lưới truyền tải điện” của Tổng Công ty Truyền tải Điện quốc Gia (EVNNPT) [12].
6.2 Hạn chế của đề tài
Hạn chế của bài báo là không đo đạc thực tế được do điều kiện vận hành nghiêm ngặt của lưới điện 500 kV nên rất khó để thí nghiệm thực tế ở các chế độ khác nhau như mong muốn. Các kết quả chủ yếu so sánh với các tiêu chuẩn vận hành đóng cắt kháng và so với sơ đồ vận hành thực tế. Trước đây việc phân tích ảnh hưởng của TRV khi cắt tải có tính cảm (kháng bù ngang) với dịng điện nhỏ ít được quan tâm nhiều ở nước ta. Phần lớn chỉ quan tâm giá trị TRV xảy ra khi cắt sự cố ngắn mạch ở các chế độ dòng ngắn mạch định mức khác nhau như 10%, 30%, 60%, 100% hoặc sự cố ngắn mạch đường dây hoặc mất pha để tìm ra giá trị TRV chịu đựng của máy cắt. Do khơng thí nghiệm đo đạc được giá trị TRV chịu đựng của máy cắt theo điều kiện vận hành thực tế nên trong vận hành cắt kháng đã xảy ra một số vụ bất thường của máy cắt. Vì vậy đề tài đã nghiên cứu xây dựng mơ hình mơ phỏng theo sơ đồ vận hành thực tế để phân tích lại ảnh hưởng của TRV, các kết quả mô phỏng dựa theo các tiêu chuẩn đang áp dụng phổ biến hiện nay trên thế giới.
6.3 Hướng phát triển của đề tài
Đề tài chỉ dựa vào tài liệu máy cắt được cung cấp bởi nhà sản xuất và các tiêu chuẩn quy định giá trị chịu đựng TRV của máy cắt kháng bù ngang để đánh giá khả năng chịu đựng TRV của máy cắt. Các tham số của quá trình cắt, cụ thể là cường độ điện môi dập hồ quang diễn ra bên trong máy cắt thơng thường được xác định dựa vào thí nghiệm tại nhà máy. Tuy nhiên có thể mở rộng nghiên cứu xây dựng mơ hình máy cắt theo mơ hình của Helmer [13] để vẽ được cường độ điện mơi nhằm mục đích mơ tả lại q trình dập hồ quang khi xảy ra điện áp quá độ phục hồi - TRV và hiện tượng phóng điện lặp lại – reignition bên trong máy cắt kháng bù ngang.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Ivo Uglešić, Sandra Hutter, Miroslav Krepela, Božidar Filipović- Grčić, Franc Jakl, " Transients Due to Switching of 400 kV Shunt Reactor ". [2] IEEE Guide For The Application of Shunt Reactor Switching, Std
C37.015-2017 (Revision of IEEE Std C37.015-2009).
[3] Grid Solution SAS, GE and Alstom joint venture, “Damages on main contact of Circuit breaker switching shunt reactor”.
[4] Prabha kundur, 1998, Power System stability and Control [5] Trạm biến áp 500kV Ơ Mơn, Hồ sơ thiết kế kỹ thuật, 2005.
[6] CIGRE WG 13.07, “Controlled Switching of HVAC Circuit Breakers: Guide for Application,” Part 2, ELECTRA, No. 185, August 1999.
[7] Tập đồn điện lực Việt Nam, Tổng cơng ty truyền tải điện quốc gia, “Sơ đồ lưới điện truyền tải Việt Nam năm 2015”.
[8] IEC 62271-110, High voltage switchgear and controlgear – Part 110: Inductive load switching.
[9] IEC 62271-100, High voltage switchgear and controlgear – Part 100: Alternating current circuitbreakers.
[10] Data sheets for circuit breaker, type GL 317D, Areva.
[11] Công Ty Truyền tải Điện 4, “Dự án bổ sung thiết bị đóng cắt trung tính