Mục tiêu của luận văn này là nghiên cứu tổng quan về các loại quá điện áp tác dụng lên cách điện của hệ thống điện 220 kV. Từ đó, phân tích và tính toán quá điện áp khí quyển và quá điện đóng cắt tác động lên cách điện trạm biến áp 220 kV Thái Nguyên trong quá trình vận hành.
NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ QUÁ ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
GIỚI THIỆU CHUNG
Quá điện áp (overvoltage) là hiện tượng xảy ra khi điện áp giữa dây dẫn pha và đất, giữa các dây dẫn pha, hoặc dọc theo chiều dài cách điện vượt quá giá trị đỉnh của điện áp pha lớn nhất trong hệ thống điện Nguyên nhân gây ra quá điện áp có thể là nội tại, như thao tác đóng cắt, sự cố, hay sa thải phụ tải, được gọi là quá điện áp nội bộ; hoặc do tác động bên ngoài như sét đánh, được gọi là quá điện áp khí quyển Độ lớn của quá điện áp thường vượt quá điện áp làm việc lớn nhất cho phép, do đó cần thiết phải áp dụng các biện pháp hạn chế và bảo vệ để tránh hư hỏng thiết bị điện và rối loạn hoạt động của hệ thống điện.
Các quá điện áp nội bộ thường khó phát hiện và không được ghi nhận trong nhật ký vận hành Nhiều quốc gia như Nga, Mỹ, và Pháp sử dụng thiết bị tự động đo ghi và phân tích xung quá điện áp để theo dõi các dao động điện áp và mức độ quá điện áp tại các trạm biến áp Việc này giúp xác định nguyên nhân sự cố và áp dụng các phương thức vận hành, bảo vệ phù hợp, từ đó nâng cao độ tin cậy và an toàn trong việc truyền tải và cung cấp điện.
Nghiên cứu về quá điện áp trong hệ thống điện tại Việt Nam còn hạn chế, với việc chưa đầu tư đầy đủ vào thiết bị đo đạc quá điện áp khí quyển và nội bộ Thiếu các phương tiện khảo sát, theo dõi và phân loại, dẫn đến việc khó khăn trong việc đánh giá tỷ lệ sự cố và mức độ thiệt hại do quá điện áp nội bộ gây ra.
Khi thiết kế các thiết bị điện và hệ thống truyền tải, việc chọn lựa cách điện phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo vận hành lâu dài Lựa chọn cách điện phải dựa trên đặc tính của nó, mức độ quá điện áp trong hệ thống, và các biện pháp bảo vệ quá điện áp Cách điện cần có cường độ lớn hơn các loại quá điện nội bộ và có khả năng chịu đựng hầu hết các quá điện áp sét Tuy nhiên, việc tăng số lần quá điện áp có thể làm tăng xác suất sự cố trên cách điện, do hiện tượng tích luỹ có thể dẫn đến việc đánh thủng cách điện Dù quá điện áp nội bộ thường nhỏ hơn so với điện áp đánh thủng, nó vẫn có thể gây ra sự tiến triển của các khuyết tật cục bộ, kết hợp với sự già hoá của cách điện, dẫn đến khả năng đánh thủng ngay cả khi quá điện áp nội bộ thấp.
NGUYÊN NHÂN PHÁT SINH QUÁ ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN7 1 Quá điện áp tạm thời
Quá áp tạm thời (TOV) là hiện tượng quá điện áp xảy ra ở tần số công nghiệp với thời gian tác động từ 30 ms đến 3600 s Đây là một yếu tố quan trọng cần xem xét khi lựa chọn chống sét van, bên cạnh các loại quá điện áp khác như quá điện áp cộng hưởng và cộng hưởng từ.
Quá điện áp tạm thời phát sinh do các nguyên nhân sau:
Sự cố chạm đất gây ra quá điện áp trên các pha không bị sự cố, với độ lớn phụ thuộc vào vị trí sự cố và phương thức nối đất điểm trung tính của hệ thống điện Trong hệ thống có trung tính trực tiếp nối đất, quá điện áp đạt khoảng 1,3 p.u và thời gian tồn tại thường nhỏ hơn 1 giây Ngược lại, trong hệ thống có trung tính nối đất cộng hưởng, độ lớn quá điện áp lớn hơn hoặc bằng 1,73 p.u và kéo dài dưới 10 giây.
Khi thực hiện việc sa thải phụ tải, quá điện áp sẽ xuất hiện, và mức độ của quá điện áp này phụ thuộc vào cấu trúc của hệ thống sau khi cắt tải cũng như đặc tính của nguồn, chẳng hạn như tốc độ và khả năng điều chỉnh điện áp của máy phát tại thời điểm cắt tải Ngay sau khi cắt tải, điện áp trên điện cực của máy cắt (phía kết nối với nguồn) sẽ gia tăng, mức độ tăng này phụ thuộc vào tải và công suất ngắn mạch của xuất tuyến Để xác định chính xác độ lớn của quá điện áp, cần thực hiện tính toán dựa trên phân tích quá trình quá độ điện từ bằng máy tính hoặc ứng dụng chương trình ATP-EMTP Tuy nhiên, trong thực tiễn, có thể áp dụng những phương pháp tính toán đơn giản hơn.
Khi cắt toàn bộ tải, các đường dây có chiều dài trung bình sẽ khiến điện áp pha tăng lên tới 1,2 p.u Thời gian xảy ra quá áp này phụ thuộc vào các thiết bị điều chỉnh điện áp trong mạng và có thể kéo dài tới vài phút.
+ Các đường dây dài, nếu cắt toàn bộ tải thì điện áp pha có thể tăng tới 1,5 p.u Thời gian quá áp tới vài giây
Khi sa thải phụ tải của máy biến áp tăng áp kết nối với máy phát, quá áp tạm thời có thể tăng lên tới 1,4 p.u cho các máy phát tuabin và 1,5 p.u cho các máy phát thủy điện, với thời gian duy trì quá áp khoảng 3 giây.
Trong hệ thống điện, sự thay đổi đột ngột về cấu trúc như sa thải phụ tải hoặc cắt máy biến áp một pha có thể gây ra hiện tượng cộng hưởng điện và cộng hưởng sắt từ Sự tương tác giữa thành phần điện dung và điện cảm trong hệ thống sẽ dẫn đến quá điện áp cộng hưởng, với độ lớn có thể vượt quá 3,0 p.u và kéo dài cho đến khi được giải trừ.
Khi đóng đường dây hoặc máy biến áp không tải hoặc non tải, có thể xảy ra hiện tượng quá điện áp cộng hưởng Đặc biệt, khi đóng máy biến áp, dòng điện từ hóa lớn và các thành phần hài đáng kể sẽ xuất hiện do tính chất phi tuyến của lõi thép Dòng điện tần số cao này tương tác với tần số của hệ thống, dẫn đến quá điện áp cộng hưởng tác động lên cách điện dọc.
Hòa đồng bộ có thể tạo ra quá điện áp tác động lên cách điện dọc tại các tiếp điểm của thiết bị đóng cắt Độ lớn của quá điện áp này thường gấp khoảng 2 lần điện áp pha và có thể kéo dài từ vài giây đến vài phút.
II.2 Quá điện áp quá độ
Quá điện áp quá độ (Transient Overvoltages) là hiện tượng xảy ra trong thời gian ngắn, thường chỉ vài mili giây hoặc ngắn hơn, có thể dao động hoặc không, và thường gây ra thiệt hại nghiêm trọng Các loại quá điện áp quá độ được phân loại dựa trên đặc điểm và nguyên nhân gây ra chúng.
Quá điện áp đầu sóng ít dốc (Slow-Front Overvoltage - SFO) thường xuất hiện do các thao tác đóng cắt như đóng đường dây, cáp, giải trừ sự cố ngắn mạch, sa thải phụ tải, hoặc cắt dòng điện điện dung và điện cảm Loại quá điện áp này có đặc điểm là một chiều, với thời gian đầu sóng từ 20 s đến 5000 s và thời gian sóng lên tới 20 ms SFO thường phát sinh khi đóng hoặc đóng lặp lại đường dây tải điện trên không hoặc đường dây cáp, gây ra quá điện áp trên cả ba pha Độ lớn của quá điện áp này phụ thuộc chủ yếu vào tốc độ cắt và khả năng dập tắt hồ quang của máy cắt, với bội số quá áp thường khoảng…
2 p.u Loại quá điện áp này thường được gọi là quá điện áp đóng cắt (Swiching Overvoltagres)
Sự cố hoặc giải trừ sự cố gây ra quá điện áp thường có bội số lớn hơn 2 p.u., phụ thuộc vào phương thức nối đất của hệ thống điện Cụ thể, bội số quá áp được tính bằng công thức (2k-1) p.u., trong đó k là hệ số nối đất.
Sa thải phụ tải gây ra điện áp cưỡng bức tác động lên các phía của tiếp điểm máy cắt, tạo ra quá điện áp có giá trị lớn Để bảo vệ hệ thống, cần phải hạn chế loại quá điện áp này bằng cách sử dụng chống sét van.
Cắt dòng điện cung hoặc dòng điện cảm có thể gây ra quá điện áp tại vị trí đặt tụ điện và điện kháng, đồng thời tạo ra quá điện áp tại cuối đường dây và máy biến áp.
Quá điện áp đầu sóng dốc (Fast-Front Overvoltage - FFO) là hiện tượng xảy ra khi sét đánh trực tiếp vào dây dẫn pha của đường dây tải điện trên không, hoặc do phóng điện ngược từ xà, cột vào dây dẫn pha, hoặc khi có sét đánh gần đường dây hoặc thiết bị điện FFO là loại điện áp một chiều với biên độ lớn, có thời gian đỉnh từ 0,1 µs đến 20 µs và thời gian nửa đỉnh lên tới 300 µs.
Quá áp đầu sóng rất dốc (Very Fast-Front Overvoltage - VFFO) là loại điện áp một chiều với thời gian đỉnh chỉ 0,1 s, có thể có hoặc không có dao động ở tần số từ 30 kHz đến 100 MHz Loại quá điện áp này thường xảy ra tại các trạm GIS (Gas Insulated Substations) do sự cố cắt ngắn mạch, cắt động cơ, máy biến áp hoặc do tác động của sét đánh.
QUÁ ĐIỆN ÁP DO ĐÓNG ĐƯỜNG DÂY KHÔNG TẢI - HIỆU ỨNG
Hiệu ứng Ferranti trong hệ thống điện là hiện tượng tăng điện áp ở cuối đường dây tải điện dài hoặc trên đường dây cáp so với điện áp tại đầu đường dây khi kết nối với nguồn điện không tải hoặc khi ngắt phụ tải Hiện tượng này xảy ra do quá trình nạp điện của điện dung đường dây qua điện kháng Hiệu ứng Ferranti lần đầu tiên được phát hiện vào năm 1887 bởi Sebastian Ziani de Ferranti trong nghiên cứu về đường dây cáp của mạng điện phân phối ở cấp điện áp 10 kV.
Khi đóng đường dây truyền tải vào nguồn điện áp u S =U m sint như Error! R eference source not found
- Xét vi phân chiều dài đường dây (dx) ta có sơ đồ như Error! Reference source n ot found.:
Hình 1 7: a) Sơ đồ vi phân chiều dài đường dây tải điện trên không (dx) b) Sơ đồ thay thế tương đương hình của vi phân dx c
Hình 1 6: a) Sơ đồ nguyên lý đóng đường dây dài không tải vào nguồn điện áp xoay chiều; b) Sơ đồ thay thế hình của đường dây L
Trong đó: R 0 , G 0 , L 0 , C 0 là điện trở, điện dẫn, điện cảm và điện dung phân bố (trên đơn vị dài)
Từ sơ đồ thay thế tương đương viết hệ phương trình vi phân mô tả mạch như sau:
Hệ phương trình có thể viết dưới dạng toán tử Laplace sẽ là:
Nghiệm của hệ phương trình có dạng:
Điện áp và dòng điện tại cuối đường dây (x=l) có dạng:
Thay A(p) và B(p) vào phương trình (1.5) và (1.6) sẽ xác định được quan hệ giữa điện áp, dòng điện ở đầu đường dây và cuối đường dây như sau:
Trong đó: Z = R + jL là tổng trở của đường dây trên đơn vị dài;
Y = G + jC là tổng dẫn của đường dây trên đơn vị dài; l là chiều dài của đường dây;
U S , I S là điện áp và dòng điện ở đầu đường dây (đầu phát);
U R , I R là điện áp và dòng điện ở cuối đường dây (đầu nhận);
là hệ số truyền sóng;
là tổng trở sóng của đường dây,
Chú ý: tại đầu đường dây x=0; U( X ) = U S và tại cuối đường dây U(l) = U R Điện áp tại cuối đường dây hở mạch (I R =0) sẽ là:
Như vậy điện áp tại cuối đường dây hở mạch tăng hơn so với đầu đường dây một lượng:
Hiện tượng tăng điện áp này được gọi là hiệu ứng Ferranti.
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ TRẠM BIẾN ÁP 220 KV THÁI NGUYÊN VÀ ĐƯỜNG DÂY 220 KV THÁI NGUYÊN-SÓC SƠN
TỔNG QUAN VỀ TRẠM BIẾN ÁP 220 KV THÁI NGUYÊN
I.1 Vai trò của trạm biến áp 220 kVThái Nguyên
Trạm biến áp 220 kV Thái Nguyên, thuộc Công ty Truyền tải điện I, nằm tại Phường Quan Triều, TP Thái Nguyên, tỉnh Thái Nguyên, đóng vai trò quan trọng trong hệ thống phân phối điện miền Bắc Với tổng công suất 626 MVA, trạm bao gồm 2 máy biến áp 250 MVA (220/110/22 kV), 2 máy biến áp 63 MVA (110/35/22 kV), 7 ngăn lộ 220 kV và 16 ngăn lộ khác.
Trạm điện 110 kV bao gồm 09 ngăn lộ 35 kV và 10 ngăn lộ 22 kV, với hệ thống tụ bù gồm 02 tụ bù tĩnh 110kV/40 MVAr, 01 bộ tụ bù dọc FSC - 51 MVAr và 01 bộ tụ bù SVC – 108 MVAr Nhiệm vụ chính của trạm là cung cấp điện cho khu công nghiệp Gang Thép Thái Nguyên, khu công nghiệp Sông Công và đáp ứng các nhu cầu kinh tế, chính trị, dân sinh cho các tỉnh phía Bắc như Bắc Giang, Cao Bằng, Bắc Kạn, Tuyên Quang và Hà Giang.
Trạm 220KV Thái Nguyên có sơ đồ nguyên lý thể hiện trên hình 2.1
Hình 2 3: Sơ đồ nhất thứ của trạm
Trạm 220kV Thái Nguyên nhận điện từ hai nguồn chính: nguồn 220 kV từ Tuyên Quang và nguồn điện nhập khẩu từ Trung Quốc Sơ đồ nhất thứ cho thấy rõ ràng các nguồn cung cấp điện này.
Trạm biến áp phía Trung Quốc, được kết nối qua đường Hà Giang 1, bao gồm nhiều thiết bị đo lường và bảo vệ, cùng với cụm bù dọc (TBD202) Nguồn điện còn được cung cấp từ Tuyên Quang, Sóc Sơn và Bắc Giang Hai thanh cái C22 và C21 hoạt động độc lập do lệch điện áp, tập trung nguồn điện để cung cấp cho các tải phía sau Theo sơ đồ, đường dây chẵn kết nối với thanh cái chẵn, trong khi đường dây lẻ kết nối với thanh cái lẻ Điện từ hai thanh cái này được chuyển đến máy biến áp AT1 và AT2, nơi nguồn điện được biến đổi thành các cấp 110 kV và 22 kV để phục vụ các khu vực khác nhau.
Nguồn điện 110 kV hiện tại cung cấp trực tiếp cho các lộ như Sóc Sơn, Cao Bằng, Bắc Kạn, cùng với hai đường dẫn đến nhà máy xi măng Cao Bằng chỉ nhận điện từ nguồn Trung Quốc Ngoài ra, nguồn điện này còn cấp cho các máy biến áp T3 và T4, phục vụ tỉnh Thái Nguyên thông qua các phụ tải 35 kV và 22 kV Hai máy biến áp này có nhiệm vụ cung cấp điện cho thành phố Thái Nguyên, các khu công nghiệp như Gang thép, Làng Cầm, đồng thời cung cấp điện cho trạm và thiết bị đo lường, bảo vệ.
Khu vực các khu công nghiệp cần được cấp điện từ hai máy biến áp T3 và T4 thông qua hai thanh cái C31, C32, với máy cắt liên lạc 312 kết nối chúng Do có các lò luyện thép cao tần, lượng sóng điều hòa phát lên lưới rất lớn, yêu cầu hệ thống lọc sóng hài và bù công suất phản kháng toàn hệ thống Hệ thống bù tĩnh SVC được thiết lập để xử lý vấn đề này Trong quá trình vận hành, có thể xảy ra sự cố thiết bị hoặc chế độ làm việc bất thường, dẫn đến dòng điện tăng cao và điện áp giảm, gây hư hỏng thiết bị và mất ổn định hệ thống Nếu tình trạng này kéo dài, có thể dẫn đến sự cố lan rộng Để duy trì hoạt động bình thường, cần phát hiện sự cố nhanh chóng và cách ly phần tử bị hư hỏng, nhờ đó các phần tử còn lại có thể hoạt động bình thường và hạn chế tác động của sự cố Hệ thống bảo vệ quá điện áp cho trạm đóng vai trò quan trọng trong việc này.
THỐNG KÊ DÒNG ĐỊNH MỨC CÁC ĐZ, TC TRẠM 220KV THÁI NGUYÊN
TT Ngăn lộ Tiết diện dây dẫn (mm2) Dòng định mức (A)
1 271: Thái Nguyên - Phú BÌnh ASCR 410 810
2 272: Thái Nguyên - Hà Giang 1 ASCR 400: 51,9km
3 273: Thái Nguyên - Bắc Giang ASCR 400:62,2km 810
4 274: Thái Nguyên - Hà Giang 2 ASCR 400:41,9km
5 275: Thái Nguyên - TĐ T.Quang ASCR 2x300:134km 810
6 171: Thái Nguyên - Gò Đẩm ASCR 400: 21.2km 800
7 172: Thái Nguyên - An Khánh ASCR 400: 5.6km 800
8 173: Thái Nguyên - Quán Triều AC 185:7,6km 510
9 174: Thái Nguyên - Bắc Kạn AC 185:82,2km 510
10 175: Thái Nguyên - Cao Ngạn Cáp đồng M 1x240 714
11 176: Thái Nguyên - Cao Ngạn Cáp đồng M 1x241 714
12 177: Thái Nguyên - NMXM Q.Sơn AC 185:17,0km 510
13 178: Thái Nguyên - NMXM Q.Sơn AC 185:17,0km 510
14 372: Thái Nguyên - NM Gang Thép AC 240 610
15 373: Thái Nguyên - NM Gang Thép AC 240 610
16 376: Thái Nguyên - Phú Lương AC 95 330
17 377: Thái Nguyên - Đại Từ AC 95 330
18 380: Thái Nguyên - NMXM La Hiên AC 120 380
19 381: Thái Nguyên - Trại Cau AC 95 330
20 471: Thái Nguyên - Thành phố Cáp đồng M 1x150 375
21 472: Thái Nguyên - Thành phố Cáp đồng M 1x120 340
22 473: Thái Nguyên - Đồng Hỷ AC 120 380
23 474: Thái Nguyên - Phú Lương Cáp đồng M 1x150 375
I.2 Thông số máy biến áp
- Kiểu: OBD 250/460; Công suất: 250/250/85 MVA; Điện áp: 225/115/23 kV;
- Hãng sản xuất: Pauwels- Bỉ sản xuất
- Điện áp định mức: 225/115/23kV Tần số: 50Hz
- Công suất định mức: 250.000/250.000/85.000 kVA
- Dòng điện định mức các cuộn dây:
Cuộn dây Điện áp ( V) Dòng điện (A)
- Tổ đấu dây: Y 0 tự ngẫu / ∆ -11
- Nấc phân áp bộ điều chỉnh không điện: 5 nấc điều chỉnh: 23± 2x 2,5% kV
- Điện áp ngắn mạch % ở 75 độ C ( Un%):
(KVA) Cuộn dây Vị trí nấc Điện áp ngắn mạch
- Tổn thất khi đầy tải ( P N %) ở 75 độ C:
- Tổn thất không tải: Io = 0,03 %Iđm ở Uđm ; Po = 57,797 kW
(KVA) Cuộn dây Vị trí nấc ∆P N (W)
I.3 Thông số kháng điện a Kháng TCR:
- Năm vận hành: 03/2009 ( thông số 1 pha)
- Công suất định mức: 108 MVA
- Điện áp định mức: 23 kV
- Tần số định mức: 50 Hz
- Điện cảm định mức: 26,26 mH b Kháng Bậc 3:
- Năm vận hành: 03/2009 ( thông số 1 pha)
- Dòng điện định mức/ Qđm: 725A/26064 kVA
- Điện áp định mức: 23 kV
- Tần số định mức: 50 Hz
- Điện cảm định mức: 8,231 mH c Kháng Bậc 5: Năm vận hành: 03/2009 ( thông số 1 pha)
- Dòng điện định mức/ Qđm: 580A/19210 kVA
- Điện áp định mức: 23 kV
- Tần số định mức: 50 Hz
- Điện cảm định mức: 3,729 mH d Kháng Bậc 7:
- Năm vận hành: 03/2009 ( thông số 1 pha)
- Dòng điện định mức/ Qđm: 445A/15184 kVA
- Điện áp định mức: 23 kV
- Tần số định mức: 50 Hz
- Điện cảm định mức: 2,344 mH
I.4 Thông số tụ điện a Tụ Bậc 3:
- Tiêu chuẩn áp dụng: IEC60871 – 1 (2005)
- Hãng sản suất: ABB Xi’an Rongxin electronic CO., LTD China
- Công suất định mức: 26.064 KVar
- Điện áp định mức 1 bình: 8,3 KV
- Tần số định mức: 50 Hz
- Công suất 1 bình: 600 KVar b Tụ Bậc 5:
- Tiêu chuẩn áp dụng: IEC60871 – 1 (2005)
- Hãng sản suất: ABB Xi’an Rongxin electronic CO., LTD China
- Công suất định mức: 19210 KVar
- Điện áp định mức 1 bình: 8,3 KV
- Tần số định mức: 50 Hz
- Công suất 1 bình: 600 KVar c Tụ Bậc 7: Năm vận hành: 03/2009
- Tiêu chuẩn áp dụng: IEC60871 – 1 (2005)
- Hãng sản suất: ABB Xi’an Rongxin electronic CO., LTD China
- Công suất định mức: 15184 KVar
- Điện áp định mức 1 bình: 7,9 KV
- Tần số định mức: 50 Hz
I.5 Thông số chống sét van
Loại Y10W-200/496 Loại Y10W-200/496 Loại Y10W-200/496 hãng PINGGAO - TQ hãng PINGGAO - TQ Hãng PINGGAO - TQ
2 Đặc tính của vỏ chống sét van §-êng kÝnh vá
Chiều dài dòng điện rò
Mức cách điện xung -BIL- 1,2/50 (kV) Điện áp phóng điện -ớt 50-60Hz
- 2 gi©y (kV) Điện áp phóng điện -ớt - quá áp thao tác (kV)
3 Điện áp d- cực đại Điện áp d- - 8/20s (kV) Điện áp d- - xung đóng cắt (kV) 1.5kA 3kA 5kA 10kA 20kA 40kA 125A 500A
TỔNG QUAN VỀ ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN SÓC SƠN-THÁI NGUYÊN
Đường dây 220 kV Thái Nguyên-Sóc Sơn là một mạch đơn dài 39,9 km, sử dụng dây nhôm lõi thép ACK-410/53, kết nối với thanh góp 220 kV tại Thái Nguyên qua máy cắt 271 và tại trạm biến áp Sóc Sơn qua máy cắt 273 Đường dây này nằm trong mạch vòng kín Thái Nguyên-Sóc Sơn-Bắc Giang-Phả Lại, với sơ đồ nguyên lý được trình bày trong Hình 2.4 Thông số và kết cấu chi tiết của đường dây được cung cấp trong Phụ lục 1.
Hình 2 4: Sơ đồ mạch vòng 220 kV
Trạm biến áp 220 kV Thái Nguyên, thuộc Công ty Truyền tải điện I, nằm tại Phường Quán Triều, TP Thái Nguyên, tỉnh Thái Nguyên, đóng vai trò quan trọng trong hệ thống phân phối điện miền Bắc Với tổng công suất 626 MVA, trạm bao gồm 2 MBA 250 MVA – 220/110/22 kV, 2 MBA 63 MVA – 110/35/22 kV, 7 ngăn lộ 220 kV và 16 ngăn lộ.
Trạm biến áp 110 kV bao gồm 09 ngăn lộ 35 kV và 10 ngăn lộ 22 kV, với hệ thống tụ bù gồm 02 tụ bù tĩnh 110kV/40 MVAr, 01 bộ tụ bù dọc FSC - 51 MVAr và 01 bộ tụ bù SVC – 108 MVAr Nhiệm vụ chính của trạm là cung cấp điện cho khu công nghiệp Gang Thép Thái Nguyên, khu công nghiệp Sông Công, cũng như phục vụ nhu cầu kinh tế, chính trị và dân sinh cho các tỉnh phía Bắc như Bắc Giang, Cao Bằng, Bắc Kạn, Tuyên Quang và Hà Giang Đường dây 220 kV Thái Nguyên-Sóc Sơn, do Công ty Truyền tải điện Miền Bắc quản lý, nằm trong mạch vòng kín Phả Lại-Bắc Giang-Thái Nguyên-Sóc Sơn-Phả Lại, với tổng chiều dài 39,9 km, sử dụng dây nhôm lõi thép tăng cường ACK-410/53, được kết nối vào thanh góp 220 kV phía Thái Nguyên qua máy cắt 271 và thanh góp 220 kV trạm biến áp Sóc Sơn qua máy cắt 273.
MÔ PHỎNG ĐƯỜNG DÂY 220 KV THÁI NGUYÊN-SÓC SƠN
Ch-ơng trình ATP-EMTP
Chương trình ATP-EMTP (Electro-Magnetic Transients Program) là công cụ phổ biến để mô phỏng các hiện tượng điện - cơ và điện từ trong hệ thống điện ATP-EMTP được công nhận là một dụng cụ phân tích hệ thống linh hoạt và hiệu quả, được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới trong các lĩnh vực tính toán thiết kế và vận hành thiết bị điện.
Sponsored by the Bonneville Power Administration (BPA), the ATP-EMTP program has been widely developed and applied since the early years.
ATP-EMTP được chính thức thương mại hóa từ năm 1984, ban đầu chỉ bao gồm các mô đun đơn giản để tính toán quá trình quá độ điện từ trong hệ thống điện Qua thời gian, EMTP đã phát triển mạnh mẽ nhờ sự đóng góp của nhiều nhà khoa học trên toàn thế giới Hiện nay, ATP-EMTP cho phép tính toán các thông số hệ thống điện trong chế độ quá độ ở miền thời gian, giải quyết nhiều bài toán phức tạp trong lĩnh vực điện.
- 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,
- ổn định quá độ, sa thải phụ tải,
- Phân tích sóng hài, cộng h-ởng lõi từ, dao động sắt từ,
- 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,…
ATP-EMTP có khả năng chuyển đổi kết quả từ miền thời gian sang miền tần số, đồng thời phân tích hệ thống nhiều pha trong chế độ xác lập Phần mềm này cho phép mô phỏng các hệ thống điện lớn và phức tạp với quy mô tối đa, như được trình bày trong Bảng 3.1.
Khả năng mô phỏng của ATP Bảng 3.1
Số l-ợng phần tử phi tuyến 2250
Số l-ợng máy điện 3 pha 90
ATPDraw là một mô đun thuộc Chương trình ATP-EMTP, hoạt động trên nền tảng Windows với giao diện đồ họa thân thiện, giúp người dùng dễ dàng tạo mạch mô phỏng quá độ Phần mềm cung cấp nhiều mô phỏng sẵn có cho các phần tử trong hệ thống điện, đồng thời cho phép người dùng tạo ra các mô phỏng mới bằng ngôn ngữ MODELS của chương trình Các phần mô phỏng của ATPDraw được trình bày trong các bảng dưới đây.
Phần tử đo l-ờng (Probes & 3-phase):
- Phần tử đo l-ờng điện áp nút, nhánh, dòng điện và theo dõi TACS
- Phần tử hoán vị pha
- Bộ tách 3 pha thành một pha
- Bộ chỉ thứ tự pha ABC/DEF
- Nhánh tuyến tính đơn bao gồm: 1 pha, 3 pha
- Nhánh phi tuyến: 1 pha phi tuyến R, L 1 pha và 3 pha MOV kiểu 93, 96 và 98 phi tuyến với điều kiện đầu
Bảng 3.3 Đ-ờng dây trên không/cáp (Lines/Cables)
- Thông số tập trung hình (kiểu 1,2… ) và nhánh RL nối tiếp (kiểu 51, 52… )
- Thông số phân bố có tham số không phụ thuộc tần số
- LCC đ-ờng dây và cáp có thể chọn từ 1 đến 9 pha
- Ngoài ra trong th- viện của ATPDraw không phải là các phần tử trên thì có thể nhập thông số đ-ờng dây/cáp từ file khác
- Thời gian và điện áp điều khiển, chuyển mạch điều khiển thời gian 3 pha
- TACS đơn điều khiển đóng, cắt
- Chuyển đổi hệ thống và thống kê
Chương trình ATPDraw sử dụng hai loại nguồn điện: nguồn điện tĩnh và nguồn điện động Nguồn điện tĩnh cung cấp các giá trị biên độ như điện áp hoặc dòng điện, cùng với góc pha, thời điểm bắt đầu và kết thúc Trong khi đó, nguồn điện động bao gồm các máy điện quay, có thể là đồng bộ hoặc không đồng bộ.
- Nguồn một chiều và xoay chiều, 3 pha xoay chiều
- Nguồn dạng răng c-a (Ramp function)
- Nguồn xung sột (Surge sources)
Máy biến áp điện lực (Transformers)
- Máy biến áp 1 pha và 3 pha lý t-ởng
- Máy biến áp một pha
- Máy biến áp 3 pha hai cuộn dây và ba cuộn dây
- Máy biến áp tự ngẫu một pha, 3 pha 2 và 3 cuộn dây
Phần tử tần số (Frequency compornent)
- Nguồn sóng hài, cho việc nghiên cứu tần số quét sóng hài
- Nguồn tần số một pha và ba pha phụ thuộc tải định dạng CIGRé
- Phần tử RLC một pha với tần số phụ thuộc tham số
KẾT QUẢ MÔ PHỎNG QUÁ ĐIỆN ÁP KHÍ QUYỂN VÀ QUÁ ĐIỆN ÁP ĐÓNG CẮT
KẾT QUẢ MÔ PHỎNG QUÁ ĐIỆN ÁP KHÍ QUYỂN
Nghiên cứu quá điện áp tại các điểm nút quan trọng trong trạm biến áp, như đầu vào máy biến áp điện lực và vị trí các máy biến điện áp, là rất cần thiết Độ lớn của quá điện áp chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, bao gồm tham số phóng điện sét, tình hình bảo vệ của đường dây và trạm, phương thức bảo vệ của hệ thống chống sét, cấu trúc tự bảo vệ của trạm, và vị trí sét đánh Trong chương này, tác giả sẽ phân tích sự biến thiên của quá điện áp tại các nút đã định trước dựa trên những yếu tố này.
- Dòng điện trong khe sét;
- Cấu trúc tự bảo vệ của trạm biến áp
Khi nghiên cứu tác động của một tham số đến quá điện áp, các tham số khác cần được giữ cố định Chẳng hạn, khi phân tích ảnh hưởng của dòng điện trong khe sét tới sự biến thiên của quá điện áp, vị trí sét đánh và cấu trúc của trạm biến áp sẽ không thay đổi.
I.1 Ảnh hưởng của dòng điện sét tới quá điện áp
Dòng điện trong khe sét là một thông số ngẫu nhiên, phản ánh các cơ chế hình thành và phóng điện trong các trường hợp cụ thể Nó phụ thuộc vào quy trình và quy mô hình thành đám mây điện, đặc điểm khí hậu khu vực, cũng như khả năng tập trung điện tích trái dấu trên mặt đất Giá trị dòng điện trong khe sét biến thiên từ 2 kA đến 270 kA, vì vậy, trong các nghiên cứu về sét và chống sét, cần xem xét các giá trị cụ thể cùng với xác suất xảy ra tương ứng.
Xác suất xuất hiện dòng điện sét ứng với giá trị I được xác định theo công thức sau:
Tác giả nghiên cứu 5 giá trị dòng điện trong khe sét nhằm xác định quy luật biến thiên của quá điện áp khí quyển tại trạm biến áp Thông tin về dòng điện sét và xác suất xảy ra được trình bày trong Bảng 4.3.
Bảng 4 3: Xác suất xuất hiện dòng điện sét
I.2 Quá điện áp trên các pha tại đầu cực máy biến áp
Nghiên cứu về sự biến thiên của quá điện áp trên các pha liên quan đến độ lớn dòng điện trong khe sét giả định rằng trạm biến áp được trang bị đầy đủ các thiết bị và xuất tuyến Vị trí sét đánh được xác định ở đỉnh cột thứ hai, cách trạm biến áp 300 m.
Kết quả mô phỏng điện áp trên các pha (A, B, C) tại đầu cực máy biến áp AT1 cho thấy, với dòng điện trong khe sét biến thiên từ 2 kA, chưa xảy ra phóng điện ngược giữa thân cột điện và dây dẫn pha Tuy nhiên, khi dòng sét được tháo vào trong đất, điện áp cảm ứng tần số cao xuất hiện trên dây dẫn pha, tạo ra sự chồng lấp lên điện áp tần số 50 Hz.
Khi khảo sát với dòng điện 31 kA (xác suất xuất hiện dòng điện sét 0,5), điện áp đo được trên đầu cực máy bến áp có dạng xung tần số cao Cụ thể, pha C có đỉnh xung lớn nhất đạt 700 kV, pha B có điện áp đỉnh -145 kV và pha A đạt 280 kV Nguyên nhân pha C có đỉnh lớn là
(file khiquyen_c2.pl4; x-var t) v:AT1A v:AT1B v:AT1C
(file khiquyen_c2.pl4; x-var t) v:AT1A v:AT1B v:AT1C
Khi sét đánh vào đỉnh cột thứ 2 với dòng điện sét 2 kA, điện áp đầu cực máy biến áp tăng lên do điện áp giáng lên điện trở chân cột (R) và điện cảm thân cột (L) tạo ra mức điện áp tổng hợp (U R + U L) Pha C, nằm ở vị trí trên cùng, chịu điện áp lớn hơn hai pha còn lại và vượt quá điện áp phóng điện của chuỗi cách điện, dẫn đến hiện tượng phóng điện ngược giữa xà (hoặc thân cột) và dây dẫn pha Trong khi hai pha còn lại chưa bị phóng điện, chúng vẫn chịu điện áp cảm ứng dạng hài bậc cao, gây ra dao động do tần số riêng của mạch Điện áp trên cả ba pha đều có dạng sóng hài bậc cao xếp chồng lên điện áp xoay chiều tần số công nghiệp, và các dao động này sẽ tắt sau khoảng 10 chu kỳ tần số công nghiệp.
(file khiquyen_c2.pl4; x-var t) v:AT1A v:AT1B v:AT1C
UA= UB UC=ULC+UR
Hình 4 13: a Biến thiên của điện áp trên đầu cực AT1 khi dòng điện sét bằng 31 kA b Cấu trúc cột điện của đường dây 220 kV Thái Nguyên-Sóc Sơn a) b)
Khi khảo sát với dòng điện sét lớn hơn (50 kA, 100 kA và 150 kA), cả 3 pha đều xảy ra phóng điện trên cách điện đường dây tại vị trí sét đánh Quá điện áp này lan truyền dọc theo đường dây vào trạm biến áp, với trị số điện áp lớn nhất đo được tại đầu cực máy biến áp tương ứng là 0,97 MV và 1,78 MV cho các trường hợp trên.
Ở mức điện áp xung cao như 2,73 MV, nếu không có biện pháp bảo vệ thích hợp, máy biến áp và các thiết bị khác trong trạm có nguy cơ bị phóng điện, dẫn đến những sự cố nghiêm trọng.
Hình 4 14: a Biến thiên của quá điện áp trên đầu cực AT1 với IP kA; b) b Đỉnh điện áp trên 3 pha
(file khiquyen_c2.pl4; x-var t) v:AT1A v:AT1B v:AT1C
(f ile 1_khiquy en_c2.pl4; x-v ar t) v :AT1A v :AT1B v :AT1C 0 5 10 15 20 25 [us] 30 -0,4
Hình 4 15: a Biến thiên của quá điện áp trên đầu cực AT1 với I0 kA; b Biến thiên của quá điện áp trên đầu cực AT1 với I0 kA
(file khiquyen_c2.pl4; x-var t) v:AT1A v:AT1B v:AT1C
(file khiquyen_c2.pl4; x-var t) v:AT1A v:AT1B v:AT1C
I.3 Quá điện áp trên đầu cực thiết bị điện trong trạm
Hình 4.16 thể hiện xung quá điện áp ảnh hưởng đến cách điện pha A của các thiết bị điện trong trạm biến áp, bao gồm máy biến áp đo lường TU271, TU273, TU275, TUC21 và máy biến áp AT1, với dòng điện 100 kA Kết quả cho thấy sự tác động của xung quá điện áp lên các thiết bị này.
Quá điện áp là dạng xung một chiều với nhiều đỉnh khác nhau và có hình dạng dao động tắt dần Bề rộng của xung đầu tiên khoảng 22 µs, tương đương với thời gian của dòng điện sét tiêu chuẩn là 1,2/50 µs.
- Đỉnh điện áp xung tác dụng lên cách điện đường dây tại vị trí sét đánh có dạng
Khi sét đánh, điện áp có thể đạt giá trị lớn tới 3,34 MV Tuy nhiên, khi điện áp này lan truyền đến các thiết bị điện trong trạm, nó sẽ xuất hiện dưới dạng dao động với biên độ giảm dần theo thời gian và có biên độ nhỏ hơn so với điện áp tại vị trí sét đánh.
Đỉnh điện áp tác dụng lên các thiết bị điện trong trạm có giá trị khác nhau, với các thiết bị gần điểm bị sét đánh chịu mức quá điện áp lớn nhất Cụ thể, điện áp trên máy biến điện áp đo lường tại cuối đường dây Thái Nguyên-Sóc Sơn TU271 đạt 1,88 MV, trong khi điện áp trên máy biến điện áp tại cuối đường dây Bắc Giang-Thái Nguyên TU273 và Tuyên Quang-Thái Nguyên TU275 lần lượt là 1,82 MV và 1,78 MV Ngoài ra, điện áp trên máy biến áp đo lường tại thanh cái TUC21 và máy biến áp AT1 xấp xỉ bằng nhau, đều đạt 1,76 MV.
(file 1_khiquyen_c2.pl4; x-var t) v:TU271C v:TUC21C v:AT1C v:TU275C v:TU273C v:C2C
(file 1_khiquyen_c2.pl4; x-var t) v:TU271C v:TUC21C v:AT1C v:TU275C v:TU273C v:C2C
Hình 4 16: a) Quá điện áp tác dụng lên các thiết bị điện trong trạm biến áp b) Đỉnh xung điện áp a) b)
I.4 Sự biến thiên của quá điện áp theo vị trí sét đánh
Khảo sát sự biến thiên của quá điện áp trên đầu cực của máy biến áp AT1, tác giả đã phân tích 5 vị trí sét đánh, bắt đầu từ cột cuối cùng của đường dây dẫn đến trạm biến áp.
KẾT QUẢ MÔ PHỎNG QUÁ ĐIỆN ÁP ĐÓNG CẮT
Nghiên cứu quá điện áp đóng cắt trên đường dây và trong trạm biến áp được thực hiện thông qua mô phỏng bằng chương trình ATPDraw, với 100 lần đóng cắt không có tính chất tích lũy Kết quả nghiên cứu cung cấp thông tin quan trọng cho việc tính toán, lựa chọn và phối hợp cách điện, năng lượng hấp thụ của thiết bị chống sét, các giải pháp bảo vệ quá điện áp, cũng như thời điểm đóng/cắt máy cắt và hòa đồng bộ trong quá trình vận hành.
1_khiquy en_c20.pl4: v :AT1C 1_khiquy en_c271.pl4: v :AT1C 1_khiquy en_c273.pl4: v :AT1C 1_khiquy en_c275.pl4: v :AT1C 1_khiquy en_c2du.pl4: v :AT1C
Hình 4 18: Ảnh hưởng của máy biến áp kiểu tụ tới quá điện áp sét
II.1 Biến thiên của quá điện áp
Khi đóng đường dây tải điện không tải vào nguồn điện, quá điện áp xuất hiện với dạng hài bậc cao và biên độ lớn, xếp chồng lên điện áp tần số 50Hz và dao động tắt dần sau khoảng 7 chu kỳ Quá điện áp này xảy ra đồng thời trên cả 3 pha, với pha A có điện áp lớn nhất, tiếp theo là pha C và pha B Đặc điểm này rất quan trọng trong việc lựa chọn thời điểm đóng máy cắt, nhằm hạn chế quá điện áp và giảm tần suất cũng như độ lớn quá điện áp cho thiết bị trong trạm biến áp, từ đó giảm nguy cơ sự cố phóng điện trên cách điện và năng lượng hấp thụ trên thiết bị chống sét.
II.2 Phân bố điện áp theo phương pháp thống kê
Trong hệ thống điện việc phối hợp cách điện thường được thực hiện theo hai phương pháp: Phương pháp tiêu chuẩn (ước định) và phương pháp thống kê
Phương pháp tiêu chuẩn thường được áp dụng cho các yêu cầu cao, đặc biệt là đối với loại quá điện áp lớn nhất và hiếm khi xảy ra Tương tự, chiều dài cách điện cũng ít khi giảm xuống mức tối thiểu của nó.
Ngày nay, việc xác định xác suất phóng điện trên cách điện thường được thực hiện bằng phương pháp thống kê Phương pháp này không dựa trên các yếu tố ngẫu nhiên mà tập trung vào việc phân tích dữ liệu để đưa ra những dự đoán chính xác hơn về hiện tượng phóng điện.
Hình 4 19: Điện áp 3 pha tại cuối đường dây tải điện
Các dự báo về quá điện áp đặc biệt do thao tác trong hệ thống điện thường được xác định bằng cách xem xét xác suất xảy ra của các quá điện áp lớn, đặc biệt là khả năng vượt qua các giá trị điện áp cụ thể Để xác định chính xác quá điện áp, cần phải biết hàm mật độ xác suất hoặc hàm phân phối tích lũy liên quan.
Phân bố điện áp theo phương pháp thống kê quá điện áp đóng cắt trong trường hợp nghiên cứu được cho chi tiết trong Phụ lục 2
Xác suất phân bố điện áp pha A trên thanh góp 220 kV của trạm biến áp Thái Nguyên được trình bày trong Hình 4.23, dựa trên 100 lần đóng cắt bằng máy cắt đường dây Hàm phân bố này cung cấp thông tin chi tiết về xác suất xuất hiện quá điện áp, với phương sai là 0,372469444 và độ lệch chuẩn là 0,610302748.
Qu á áp c ự c đ ại Đi ện áp c ác h đi ện nh ỏ nh ất a)
Phương pháp phối hợp cách điện tiêu chuẩn và phương pháp thống kê được sử dụng để xác định hàm mật độ phân phối của quá điện áp f(U) và hàm xác suất của điện áp cách điện cơ sở f(U w).
R là nguy cơ phóng điện
PHÂN BỐ THỐNG KÊ ĐIỆN ÁP
II.3 Phân bố của quá điện áp 2% dọc theo chiều dài đường dây
Trong hệ thống điện 220 kV trở lên, quá điện áp đóng cắt với xác suất 2% thường được áp dụng để tính toán cường độ cách điện cho đường dây và trạm biến áp Điện áp được tính theo hệ đơn vị tương đối định mức (p.u) như được trình bày trong Bảng 4 4, trong đó 1 đơn vị tương đối được xác định theo một biểu thức cụ thể.
1p.u 3 với U S = 245 kV là điện áp lớn nhất của cấp điện áp 220 kV
Như vậy 1 p.u đổi ra đơn vị có tên bằng 179 kV
Từ kết quả phân tích cho thấy quá điện áp phát sinh và lan truyền trên đường dây có giá trị lớn trên cả 3 pha, biến thiên từ 2,4 p.u tới 5,1 p.u
Biểu đồ trong Hình 4.22 cho thấy điện áp 3 pha dọc theo đường dây tải điện, với pha A có điện áp cao nhất và điện áp giảm dần về phía cuối dây Tại trạm biến 220 kV Thái Nguyên, điện áp truyền vào bằng với điện áp trên đầu cực của máy cắt, trong khi điện áp tại thanh góp phía Sóc Sơn thấp hơn (2,75; 2,05 và 2,3 cho pha A, B và C) Sự chênh lệch này là do máy cắt phía Sóc Sơn hòa đồng bộ sau máy cắt Thái Nguyên 1/2 chu kỳ (0,01 giây), điều này được thể hiện rõ trong Hình 4.23.
Bảng 4 4: Phân bố điện áp trên đường dây và thanh góp trạm biến áp
Pha TG Thái Nguyên Cột C1 Cột C62 Cột C125 TG Sóc Sơn Đơn vị
Bằng cách lựa chọn thời điểm đóng của máy cắt điện và thời điểm hòa đồng bộ, chúng ta có thể kiểm soát hiệu quả độ lớn của quá điện áp đóng cắt.
Hình 4 22: Điện áp 3 pha tại cuối đường dây tải điện
Hình 4 23: Quá điện áp trên pha A tại thanh góp Thái Nguyên và thanh góp Sóc Sơn
(f ile 2noibo.pl4; x-v ar t) v :TG-SSA v :C125A 0 10 20 30 40 [ms] 50 -400
Chương 4 của bài viết trình bày kết quả nghiên cứu về quá điện áp khí quyển và quá điện áp đóng cắt tại đường dây tải điện và trạm biến áp 220 kV Thái Nguyên Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng việc phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến quá điện áp là rất quan trọng để đảm bảo an toàn và ổn định cho hệ thống điện.
1 Đối với quá điện áp sét do sét đánh vào đỉnh cột điện:
Quá điện áp sét tạo ra hiện tượng phóng điện trên cách điện tại vị trí bị sét đánh khi dòng điện trong khe sét đạt đủ lớn Nghiên cứu cho thấy, dòng điện sét từ 31 kA trở lên mới đủ khả năng gây ra phóng điện sét trên một pha của đường dây.
- Quá điện áp có dạng xung 1 chiều xếp chồng lên điện áp tần số 50 Hz
- Quá điện áp lan truyền dọc đường dây vào trạm biến áp
Khi xảy ra hiện tượng phóng điện trên cả ba pha tại vị trí bị sét đánh, các thiết bị điện trong trạm sẽ gặp nguy hiểm nếu không được trang bị biện pháp bảo vệ thích hợp.
- Vị trí sét đánh càng xa trạm biến áp, thì quá điện áp tác dụng lên cách điện của các thiết bị điện trong trạm càng giảm
- Các máy biến điện áp đo lường kiểu tụ có tác dụng bảo vệ chống sét cho trạm biến áp
2 Đối với quá điện áp đóng cắt
- Quá điện áp do đóng đường dây không tải có dạng hài bậc cao xếp chồng lên điện áp 50 Hz
- Phân bố điện áp dọc đường dây có xu hướng tăng dần về phía cuối đường dây
- Điện áp lan truyền vào trạm biến áp Thái Nguyên bằng với điện áp trên đầu cực máy cắt đường dây Thái Nguyên-Sóc Sơn
- Quá điện áp xuất hiện trên đường dây và lan truyền vào trạm biến áp biến thiên từ 2,3 p.u tới 5,1 p.u
KẾT LUẬN CHUNG VÀ ĐỀ XUẤT
Nghiên cứu quá điện áp là một nhiệm vụ quan trọng trong thiết kế và vận hành hệ thống điện Dữ liệu về quá điện áp giúp tính toán và phối hợp cách điện cho đường dây tải điện, trạm biến áp và nhà máy điện Việc thiết kế hệ thống bảo vệ quá điện áp và vận hành các phần tử trong hệ thống điện dựa trên thông tin đầy đủ về quá điện áp sẽ đảm bảo tính hợp lý về kỹ thuật và kinh tế, đồng thời giảm thiểu nguy cơ sự cố và rủi ro trong quá trình vận hành hệ thống điện.
Quá điện áp trong hệ thống điện được phân thành hai loại chính: quá điện áp sét và quá điện áp nội bộ Trong đó, quá điện áp sét có độ lớn cao hơn nhưng năng lượng lại thấp hơn so với quá điện áp nội bộ Việc tính toán điện áp nút bằng phương pháp thủ công thường phức tạp và có sai số lớn, đặc biệt khi số lượng nút và nhánh tăng lên Tuy nhiên, với sự hỗ trợ của phần mềm chuyên dụng, việc nghiên cứu quá trình quá độ điện từ ATP-EMTP trở nên đơn giản và chính xác hơn, ngay cả trong các mạng điện phức tạp.
Trong nội dung nghiên cứu của đề tài đã chỉ ra một số kết luận quan trọng như sau:
- Quá điện áp sét có dạng xung 1 chiều sếp chồng lên điện áp tần số công nghiệp, độ lớn tăng theo độ lớn dòng điện trong khe sét;
- Dòng điện trong khe sét từ 31 kA trở lên bắt đầu có hiện tượng phóng điện ngược tại vị trí sét đánh;