Tính sóng truyền trong trạm biến áp

CHƯƠNG V: TÍNH TOÁN SÓNG TRUYỀN TỪ ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN 220kV VÀO TRẠM BIẾN ÁP

5.2: Trình tự tính toán

5.2.2: Tính sóng truyền trong trạm biến áp

1, Tính thời gian sóng truyền giữa các nút.

Ta tiến hánh tính toán với sóng có độ dốc đầu sóng a=380 kV/s, do đó thời gian đầu sóng là:

a s U

ds 

 3

380

% 1140

50  



Ta tính toán với sóng truyền vào trạm là sóng xiên góc có phương trình:

ds

50% ds

a.t (t )

U kV

U (t )

  

   

Thời gian để sóng truyền từ nút 1 đến nút 2 là:

12 12

45 0,15 300

t L s

v 

  

Thời gian để sóng truyền từ nút 1 đến nút 3 là:

13 13

9 0, 03 300

t L s

v 

  

Để thuận tiện cho tính toán điện áp tại các nút ta lấy thời điểm sóng tới nút 1 làm gốc thời gian và chọn bước thời gian là ước số chung lớn nhất của t12, t13. Do đó ta có:

(1) (2) (1)

12 (3) (1)

13

0, 03( s) ( s)

0,15( s) 0, 03( s) t

t t

t t t t

t t t t









 



   

   

SVTH: Đỗ Trọng Huynh – Lớp D4H3 Trang 100 b. Tính điện áp tại cái nút

- Tại nút 1:

Nút 1 là nút thanh góp với 3 đường dây đi tới, do vậy ta có:

400 133,333

3 3

dt

Z  Z   

Hằng số thời gian nạp mạch:

6

1 . 1 133,333.1862, 418.10 0, 248( )

C dt

T Z C    s

Từ đó ta có tỷ số:

1

0,03 0,121 0, 248

C

t

T  

Hệ số khúc xạ tại nút 1:

1

2 2.133,33

0, 667 400

Zdt

  Z  

Ta có sơ đồ Petersen tại nút 1 như sau:

1

C1

U’01 U’21

U’31

Zđt

C1 2Udt

1

Hình 5-12 Sơ đồ Petersen tại nút 1 Từ sơ đồ trên ta có:

3

' ' ' '

dt 1 m1 01 21 31

m 0 m 1

2U .U (U U U )



   

SVTH: Đỗ Trọng Huynh – Lớp D4H3 Trang 101 Trong đó:

+ U’01: sóng từ đường dây truyền tới nút 1.

 U’21: sóng tới nút 1 do sóng phản xạ U21 đi từ nút 2 nhưng chậm pha sau thời gian t12 = 0,15s, hay U21' ( )t U21(t t 12)U21(t0,15).

 U’31: sóng tới nút 1 do sóng phản xạ U31 đi từ nút 3 nhưng chậm pha sau thời gian t13 = 0,03s, hay U31' ( )t U31(t t 13)U31(t0, 03).

Trong khoảng thời gian t < 2t13 = 0,06s thì U’31= 0 và U’21= 0 do chưa có sóng phản xạ từ nút 3 về nút 1 và từ nút 2 về nút 1.

Do đó: 2Udt = 0,667.U’01 = 0,667.Ut

Trong khoảng thời gian 2t13 ≤ t < 2t12 tức là 0,06 ≤ t ≤ 0,3 thì U’31 ≠ 0 và U’21 = 0 do đã có sóng phản xạ từ nút 3 về nút 1 nhưng chưa có sóng phản xạ từ nút 2 về nút 1.

Khi đó: 2Udt = 0,667.(U’01 + U’31)

Trong khoảng thời gian t ≥ 2t12 tức là t ≥ 0,03 thì U’31 ≠ 0 và U’21 ≠ 0 do đã có sóng phản xạ từ nút 3 về nút 1 và có sóng phản xạ từ nút 2 về nút 1.

Khi đó: 2Udt = 0,667.(U’01 + U’21 + U’31)

Điện áp tại nút 1 được tính theo phương pháp tiếp tuyến liên tiếp:

1 1 1

U (t)U (t   t) U (t) Trong đó:

1 1 1

1

(2 dt ) 0,111.(2 dt )

C

U U U t U U

T

     

Sóng phản xạ tại nút 1:

'

10 1 01

'

12 1 21

'

13 1 31

U U U

U U U

U U U

  

  

  



SVTH: Đỗ Trọng Huynh – Lớp D4H3 Trang 102 - Tại nút 2

Tại nút 2 là nút đặt máy biến áp với một đường dây tới, do vậy ta có:





Z 400 Zdt

Hằng số thời gian nạp mạch:

6

C2 2 dt

T C .Z 1762, 222.10 .400 0, 705 s Từ đó, ta có tỉ số:

2

0,03 0,043 0,705

C

t

T  

Hệ số khúc xạ tại nút 2 là:

2

2 2.400

400 2 Zdt

  Z  

Ta có sơ đồ Petersen tại nút 2 như sau:

2

C2

U’12

Zđt

C2 2Udt

2

Hình 5-13 Sơ đồ Petersen tại nút 2 Từ sơ đồ trên ta có:

'

dt 12

2U 2U

Trong đó: U’12: sóng từ nút 1 truyền tới nút 2.

Điện áp tại nút 2 được tính theo phương pháp tiếp tuyến liên tiếp:

2 2 2

U (t)U (t   t) U (t)

Trong đó: 2 2 2

2

(2 dt ) 0, 044.(2 dt )

C

U U U t U U

T

     

Sóng phản xạ tại nút 2:

'

21 2 12

U U U

SVTH: Đỗ Trọng Huynh – Lớp D4H3 Trang 103 - Tại nút 3

Tại nút 3 là nút đặt chống sét van với một đường dây tới, do vậy ta có:





Z 400 Zdt

Hệ số khúc xạ tại nút 3 là:

3

2 2.400

400 2 Zdt

  Z  

Ta có sơ đồ Petersen tại nút 3 như sau:

3 U’13

Zđt

2Udt

3

ZCSV

ZCSV

UCSV

Hình 5-14 Sơ đồ Petersen tại nút 3 Từ sơ đồ trên ta có:

'

dt 13

2U 2U

2Udt UCSV I Z. dt

Trong đó: U’13: sóng từ nút 1 truyền tới nút 3.

UCSV 485.I0,025 là đặc tính của chống sét van lựa chọn.

Điện áp tại nút 3 được xác định theo phương pháp đồ thị.

Sóng phản xạ tại nút 3:

'

31 3 13

U U U

Ta có bảng đặc tính cách điện của máy biến áp như sau:

Bảng 5-2 Đặc tính cách điện của máy biến áp

0 1 1.5 2 3 4 5 6 7 8 9 10

310 780 1000 970 940 870 810 760 730 710 710 710

SVTH: Đỗ Trọng Huynh – Lớp D4H3 Trang 104 Từ cách tính ở trên ta tính toán được sóng truyền vào trạm, từ đó ta vẽ được các đường đặc tính như sau:

Hình 5-15 Điện áp trên cách điện chuỗi sứ khi có sóng truyền vào trạm

Hình 5-16 Điện áp trên cách điện máy biến áp khi có sóng truyền vào trạm

0.00 200.00 400.00 600.00 800.00 1000.00 1200.00 1400.00 1600.00 1800.00

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00

U(kV)

U1

UpđTG

t(μs)

0 200 400 600 800 1000 1200

0 1 2 3 4 5 6

UpđMBA

U2

t(μs) U(kV)

SVTH: Đỗ Trọng Huynh – Lớp D4H3 Trang 105 Hình 5-17 Dòng điện đi qua chống sét van khi có sóng truyền vào trạm

Kết luận:

Qua các đồ thị các đường đặc tính đã xác định được ở trên với sóng truyền vào trạm có biên độ U50% = 1140kV và độ dốc đầu sóng a = 380 kV/μs, ta có nhận xét về độ an toàn của trạm khi có sóng truyền vào như sau:

- Từ đồ thị hình 5.15 đường cong điện áp đặt lên cách điện chuỗi sứ thấp hơn đường đặc tính V-S của chuỗi sứ, do đó sẽ không xảy ra phóng điện khi có sóng quá điện áp truyền vào.

- Từ đồ thị hình 5.16, đường cong điện áp đặt lên cách điện của máy biến áp nằm dưới đường đặc tính V-S của máy biến áp, do đó máy biến áp được đảm bảo an toàn khi có sóng quá điện áp truyền vào.

- Từ đồ thị hình 5.17, ta xác định được dòng điện lớn nhất đi qua chống sét van là 5,42685 kA < 10 kA nên vẫn đảm bảo cho chống sét van có thể làm việc bình thường.

Vậy với loại chống sét van không khe hở có đặc tính như đã chọn và việc bố trí các thiết bị trong trạm như thiết kế đã đảm bảo an toàn cho các thiết bị trong trạm khi có sóng quá điện áp truyền vào từ phía đường dây 220kV.

0 2 4 6

0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00

I(kA)

t(μs) Icsv