Khảo sát, phân tích, đánh giá quá trình quá độ xảy ra trên lưới truyền tải liên hệ quá trình quá độ với thực tế lưới truyền tải

PHÂN TÍCH QUÁ ĐỘ CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN BA PHA

CÁC THÀNH PHẦN ĐỐI XỨNG TRONG HỆ THỐNG BA PHA

Khi hệ thống điện ba pha không đối xứng xuất hiện, chúng ta có thể phân tích nó thành các thành phần đối xứng Điện áp ba pha không đối xứng được ký hiệu là V a, V b.

Luận Văn Thạc Sĩ HVTH : Trương Sỹ

V a1 , V b1 , V c1 : là thành phần thứ tự thuận, có góc pha lệch nhau120 0 trong không gian

V a2 , V b2 , V c2 : là thành phần thứ tự nghịch, có góc pha lệch nhau 120 0 trong không gian

V a0 , V b0 , V c0 : là thành phần thứ tự không, có góc pha lệch bằng 0

- Phương trình (1.1) có thể được phức hóa thành: a = e j2π/3 (2.2)

- Ta có đồ thị vectơ như sau:

- Mối quan hệ giữa các thành phần được tính toán bởi phương trình sau:

- Với góc lệch pha là 120 0 phương trình (1.3) có thể được viết thành:

CÁC THÀNH PHẦN TỔNG TRỞ CỦA MẠNG KHÔNG CÂN BẰNG

- Các thành phần tổng trở của hình vẽ trên gồm:

Z aa ≠ Z bb ≠ Z cc : Tổng trở của bản thân mạng điện

Z ab ≠ Z bc ≠ Z ca: Tổng trở hỗ cảm của mạng điện

- Ta có điện áp gián trên m và n được tính như sau:

 c b a cc cb ca bc bb ba ac ab aa c mn b mn a mn mn

- Kết hợp với các công thức về các thành phần đối xứng chúng ta có thể viết:

- Điện áp gián trên các thành phần đối xứng được tính như sau:

- Tổng trở Z được tính từ vectơ dòng điện (Iabc) và vectơ điện áp gián trên mn (V mn-abc ) trong hệ thống a, b, c

- Tổng trở Z mn-012 được tính trực tiếp từ phương trình sau:

- Chúng ta dùng toán tử: 1+ a + a 2 = 1 và a 3 = 1, các trở kháng hỗ cảm: Z ab Z ba , Z ac = Z ca , Z bc = Z cb

- Kết hợp với phương trình (1.9) và (1.10) ta có phương trình sau:

CÁC THÀNH PHẦN CỦA MẠNG KHÔNG CÂN BẰNG

Khi hệ thống điện ba pha gặp phải tình trạng không cân bằng do phụ tải hoặc nguồn cung cấp không đồng đều, nó có thể được phân tích thành các thành phần cân bằng, bao gồm thành phần thứ tự không (TTK), thành phần thứ tự thuận (TTT) và thành phần thứ tự nghịch (TTN).

 Z 0 , Z 1 , Z 2 là tổng trở thứ tự không, tổng trở thứ tự thuận tổng trở thứ tự nghịch của hệ thống.

 I 0, I 1 , I 2 là dòng điện thứ tự không, dòng điện thứ tự thuận, dòng điện thứ tự nghịch của hệ thống.

 V 0 , V 1 , V 2 là điện áp thứ tự không, điện áp thứ tự thuận, điện áp thứ tự nghịch của hệ thống.

- Ta có phương trình tính toán các thành phần như sau:

Trong đó V f là điện áp THEVENIN, nó có giá trị bằng điện áp pha của thành phần thứ tự thuận tại điểm đang xét trước lúc sự cố.

PHÂN TÍCH CÁC THÀNH PHẦN KHÔNG ĐỐI XỨNG KHI HỆ THỐNG ĐIỆN BA PHA BỊ SỰ CỐ

THỐNG ĐIỆN BA PHA BỊ SỰ CỐ

1 Sự cố một pha chạm đất

- Xét hệ thống điện ba pha (a, b, c) bị sự cố pha a tại điểm F qua tổng trở chạm đất là Zf như mô tả hình vẽ (hình 2.4)

- Trên hình vẽ 2.4 ta thấy: I b  I c  0 (2.15)

- Mối quan hệ giữa dòng điện và điện áp được tìm từ phương trình sau:

- Sơ đồ mô tả các thành phần của mạng như sau: (hình 2.5)

- Ta có công thức tính các thành phần của dòng điện khi sự cố một pha chạm đất như sau:

Trong trường hợp xảy ra sự cố chạm đất một pha trong hệ thống điện ba pha, chúng ta có thể áp dụng các thành phần đối xứng để thực hiện tính toán theo các phương trình (2.19) và (2.20) Bằng cách xác định các thành phần đối xứng như dòng điện (TTK, TTT, TTN) và điện áp (TTK, TTT, TTN), chúng ta có thể tính toán các thành phần dòng điện và điện áp tại điểm xảy ra sự cố, từ đó phân tích sự mất đối xứng do ngắn mạch một pha.

2 Sự cố ba pha chạm đất: TPG (three-phase-to-ground fault)

Sự cố ba pha chạm đất là một loại sự cố đối xứng, trong đó phần còn lại của hệ thống vẫn giữ được tính đối xứng khi sự cố xảy ra Hình vẽ dưới đây mô tả rõ ràng dạng sự cố này.

- Ta có điện áp trên các pha:

- Áp dụng các công thức về các thành phần đối xứng ta được:

- Do ngắn mạch ba pha cân bằng nên: I a + I b + I c = 3I a0 = 0

- Từ đó ta có thể viết:

- Ta có sơ đồ thay thế cho trường hợp ngắn mạch ba pha chạm đất như hình 2.7

Khi tổng trở chạm đất Z f nhỏ hơn hoặc bằng không, hệ thống sẽ xảy ra hiện tượng ngắn mạch ba pha chạm đất, được gọi là sự cố TPG (three-phase-to-ground fault).

Khi máy cắt tách điểm sự cố khỏi hệ thống, hệ thống chuyển sang trạng thái ổn định, với dòng điện ngắn mạch ba pha tạo ra điện áp phục hồi có tần số tương ứng Trong mạch điện cảm (L), sự chuyển đổi từ trạng thái ổn định sang trạng thái khác gây ra hiện tượng quá độ, dẫn đến sự xuất hiện của điện áp phục hồi quá độ, được gọi là TRV.

3 Sự cố hai pha chạm đất: DLG (double line-to-ground)

Trong trường hợp ngắn mạch ba pha chạm đất, nếu máy cắt cắt ra trước một pha, hai pha còn lại vẫn duy trì dòng sự cố, tình trạng này được gọi là sự cố hai pha chạm đất.

- Ta có biểu thức sau:

- Ta chuyển từ hệ thống a, b, c sang hệ thống các thành phần thứ tự ta được:

- Từ phương trình (2.3) chúng ta có thể viết thành:

- Từ phương trình (2.24) ta cũng có thể viết:

- Kết hợp (2.27) và (2.28) ta được (2.29):

- Cộng V b và V c từ phương trình (2.24) và (2.26) ta được (2.31):

- Cuối cùng ta tìm được: (2.32)

- Ta có sơ đồ thay thế như sau:

Khi cả hai pha chạm đất với tổng trở Zf = 0 và tổng trở nối đất tại điểm trung tính là Zg = 0, ta có thể quay lại hệ thống ba pha a, b, c theo phương trình (1.4) Kết quả điện áp phục hồi đặt lên tiếp điểm của máy cắt pha mở đầu tiên (pha a) sẽ được xác định như sau:

Hệ số FPTC (first-pole-to-clear) được định nghĩa là tỷ số giữa điện áp đặt trên cực đầu tiên của máy cắt và điện áp pha của hệ thống trước khi xảy ra sự cố.

- Các thành phần tổng trở thứ tự thuận (Z 1 ), tổng trở thứ tự nghịch (Z 2 ), tổng trở thứ tụ không (Z0) bao gồm thành phần điện trở (R) và điện kháng (X),

Trong điều kiện làm việc bình thường của hệ thống điện, điện trở Z được xác định bởi công suất phụ tải R và phần phản kháng jX Khi xảy ra hiện tượng ngắn mạch, phụ tải sẽ bị nối tắt, dẫn đến sự chiếm ưu thế của điện kháng trong hệ thống.

Khi xảy ra ngắn mạch trên đường dây truyền tải từ nhà máy điện đến phụ tải, tổng trở nối đất của điểm trung tính máy biến áp được xác định bởi công thức Z n = R n + jX n, trong đó X 1 = X 2 = X.

- Khi đó tổng trở thứ tự không là: Z0 = jX 0 + 3Z n

- Từ kết quả trên, phương trình tính hệ số FPTC (2.34) có thể được viết thành:

- Trong trường hợp hệ thống điện có điểm trung tính cách ly với đất, tổng trở nối đất Z n = ∞ và hệ số:

Trong hệ thống điện có điểm trung tính được nối đất trực tiếp, tổng trở nối đất của hệ thống gần như bằng 0 (Zn = 0) Khi đó, hệ số FPTC sẽ được xác định theo điều kiện này.

Việc phân tích các trường hợp ngắn mạch trong hệ thống điện cho phép chúng ta tính toán chính xác các giá trị dòng điện và điện áp qua thiết bị Điều này hỗ trợ việc lựa chọn thiết bị điện phù hợp trong hệ thống Ngoài ra, chúng ta có công cụ để kiểm tra tính năng của các thiết bị đã lắp đặt, đảm bảo chúng đáp ứng yêu cầu vận hành trong các chế độ quá độ.

KHẢO SÁT, THỐNG KÊ CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI 500KV KHU VỰC MIỀN NAM

SƠ ĐỒ KẾT LƯỚI 500KV KHU VỰC MIỀN NAM

2 Sơ đồ nối điện các trạm biến áp khu vực miền Nam

THỐNG KÊ CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA ĐƯỜNG DÂY VÀ TRẠM BIẾN ÁP 500 KV KHU VỰC MIỀN NAM

1 Bảng thống kê trạm biến áp 500KV

STT TÊN TRẠM SỐ MBA CÔNG SUẤT

2 Bảng thống kê đường dây

STT TÊN ĐƯỜNG DÂY CHIỀU

09 Nhà Bè-Phú Mỹ (mạch 2) 43 124.4 0.067

3 Các thông số kỹ thuật của kháng bù ngang, tụ bù dọc các đường dây 500KV

3.1 Thông số kỹ thuật đường dây Di Linh – Tân Định và Tân Định – Di Linh 3.1.1 Thông số kháng bù ngang Di Linh – Tân Định

- Hãng sản xuất : Japan AE Power Systems

- Công suất định mức : 65MVAR

- Tần số định mức : 50 Hz

- Điện áp định mức : 500 kV

- Điện áp vận hành lớn nhất :550 Kv

3.1.2 Thông số kháng bù ngang đường dây Di Linh – Pleiku

- Hãng sản xuất : Japan AE Power Systems

- Công suất định mức : 116 MVAR

- Điện áp định mức : 500 kV

- Điện áp vận hành lớn nhất : 550 KV

3.1.3 Thông số kỹ thuật tụ bù dọc đường dây Tân Định – Di Linh

- Dung lượng định mức mỗi pha : 33.8 Mvar

- Điện áp định mức của hệ thống : 500 KV

- Điện áp lớn nhất của hệ thống : 550 KV

- Điện áp định mức của dàn tụ : 22.5 KV

- Ngưỡng bảo vệ quá áp của dàn tụ : 73.5 KV

- Dòng điện khi có sự dao động lưới : 2550 A

- Dòng điện quá tải 1.35pu trong 30 phút : 2025 A

- Dòng điện ngắn mạch lớn nhất trong 0.35s : 23.7/0.35s

- Điện áp cách điện : LIWL = 1550 KV peak

- Kiểu lắp đặt : Ngoài trời

- Nước sản xuất : Thụy Điển

Thông số kỹ thuật từng tụ điện:

- Dung lượng định mức : 0.844 Mvar

- Điện áp định mức : 5.625 KV

- Điện dung định mức : 84.88 àF + 3

- Sứ cách điện đầu vào (sứ xuyên) : 2

- Nước sản xuất : Thụy Điển

3.1.4 Thông số kỹ thuật MOV tụ bù dọc đường dây Tân Định – Di Linh

- Thời gian cho phép năng lượng tăng cao trong MOV: 17 MJ

- Mức điện áp MOV bảo vệ : 73.5 KVpeak

3.1.5 Thông số kỹ thuật dàn tụ bù dọc đường dây Di Linh – Pleiku

- Công suất 3 pha định mức : 202 MVAr

- Điện áp định mức : 45 (kV-RMS)

- Khả năng quá tải : Theo tiêu chuẩn IEC 143

3.1.6 Thông số kỹ thuật MOV tụ bù dọc đường dây Di Linh – Pleiku

Bảo vệ MOV, mắc song song với tụ bù dọc và có các đặt tính kỹ thuật nhƣ sau:

- Điện áp danh định : 44.9kV

- Điện áp giới hạn : 140 kVpeak

- Khả năng hấp thụ năng lượng (không có MOV dự phòng): 19 MJ

3.1.7 Thông số kỹ thuật khe hở phóng điện bảo vệ tụ bù dọc đường dây Di Linh – Pleiku

- Khả năng chịu dòng ngắn mạch trong 1s : 40kA

3.1.8 Thông số kỹ thuật máy cắt đường dây 500KV

- Ðiện áp định mức : 550kV

- Mức chịu đựng điện áp xung : 1.550 KV

- Mức chịu đựng điện áp thao tác

+ Giữa hai đầu cực : 1.175kV

- Khoảng cách phóng điện trong không khí

- Chiều dài đường rò điện trên bề mặt cách điện

- Ðiện áp chịu đựng ở tần số công nghiệp : 650kV

- Dòng điện cắt ngắn mạch định mức : 40kA

- Cắt dòng nạp đường dây (1.2.p.u) : 500A

(điện áp khi cắt ≤ 1,2 Uđm của MC)

- Điện áp phục hồi quá độ trong những điều kiện sự cố: theo tiêu chuẩn IEC

- Khả năng chịu dòng ngắn mạch của tiếp điểm : 100KA

- Thời gian chịu đựng dòng ngắn mạch : 3giây

- Chu trình thao tác : O-0,3s-CO-1min-CO

- Điện trở đóng trước (trên một cực MC) : 1.000

- Số lần vận hành đóng lại nhiều lần liên tiếp (khả năng hấp thu năng lượng):

+ Tại điện áp định mức (pha-đất) trong trường hợp ngắn mạch: 4 + Trong trường hợp mất đồng bộ (hệ số 2,0): 1

- Thời gian min của lệnh đóng : 40ms

- Thời gian min của lệnh mở : 40ms

- Thời gian đóng : 67ms  5ms

- Thời gian mở : 18ms  2ms

- Thời gian cắt định mức :  38ms

- Thời gian đóng - mở : 32ms  5ms

Máy cắt được thiết kế để vận hành ở môi trường nhiệt độ trong khoảng 25 0 C đến 40 0 C

3.2 Thông số kỹ thuật đường dây Di Linh – Tân Định (đầu Di Linh)

3.2.1 Thông số kỹ thuật tụ bù dọc

- Điện áp định mức : 46 (kV-RMS)

- Đấu nối tổ hợp tụ:

+ Số nhánh song song/ pha : 2 + Số nhóm nối tiếp/ nhánh : 8

+ Số phần tử tụ song song/ nhóm : 7 + Tổng số bình tụ/ tổ hợp : 112 x 3

Số liệu kỹ thuật một phần tử tụ điện:

- Công suất định mức : 410,71 kVar

- Mức cách điện cơ bản (BIL) : 150 kV

3.2.2 Thông số kỹ thuật MOV tụ bù dọc đườn dây Di Linh – Tân Định

Bảo vệ MOV, mắc song song với tụ bù dọc và có có các đặt tính kỹ thuật như sau:

- Điện áp danh định : 44.9kV

- Điện áp giới hạn : 140 kVpeak

3.2.3 Thông số kỹ thuật khe hở phóng điện đường dây Di Linh – Tân Định

- Khả năng chịu dòng ngắn mạch trong 1s: 40kA

3.2.4 Thông số kỹ thuật khe hở phóng điện tụ bù dọc đường dây Tân Định –

- Mức điện áp bảo vệ : 73.5 KVpeak

- Dòng ổn định nhiệt : 23.7 kArms / 0.35s

- Dòng ngắn mạch tương ứng với tần số : 60/615+40/50kApeak/ Hz

3.2.5 Thông số kỹ thuật kháng bù ngang đường dây Tân Định - Di Linh

- Chế độ làm mát : ONAN

- Công suất định mức : 65MVAr

- Điện áp định mức : 550kV

- Tần số định mức : f đm = 50 Hz

- Kiểu tổ đấu dây : Yn

- Độ tăng nhiệt độ dầu trên cùng : 600C

- Độ tăng nhiệt độ cuộn dây : 650C

- Sử dụng dầu loại : NYTRO 10X, PCB FREE

- Trọng lượng tổng cộng (Total) : 116800 kG

- Trọng lượng vỏ (Tank and fittings) : 35000 kG

- Trọng lượng lõi thép và cuộn dây (Core and coils): 44000 kG

- Trọng lượng dầu (Oil) : 37800 kG

- Trọng lượng thiết bị làm mát (Cooling equipment): 3700 kG

- Trọng lượng vận chuyển linh kiện nặng nhất: 57400 kG

- Điều kiện về độ cao: Máy được thiết kế để có thể làm việc liên tục ở độ cao đến 1000m so với mực nước biển

- Điều kiện về áp suất trong máy: Máy được thiết kế để có thế chịu được áp suất chân không hoặc áp suất quá 35 kPa

- Vật liệu dây quấn: đồng (Cu)

- Nhà chế tạo: ABB Power Technologies AB, Power Transformers

PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ QUÁ TRÌNH QUÁ ĐỘ TRÊN LƯỚI TRUYỀN TẢI LIÊN HỆ VỚI THỰC TẾ QUÁ ĐỘ TRÊN LƯỚI ĐIỆN 500KV KHU VỰC MIỀN

MÔ HÌNH VÀ CÔNG CỤ PHÂN TÍCH QUÁ ĐỘ

1 Giới thiệu phạm vi khảo sát

Hệ thống điện của Việt Nam hiện nay bao gồm các cấp điện áp cơ bản như 6, 10, 15, 22, 35, 66, 110, 220 và 500 KV, do Tập Đoàn Điện Lực Việt Nam (EVN) đầu tư, khai thác và quản lý Dựa trên mục đích khai thác và đặc tính kỹ thuật, hệ thống điện được chia thành hai phần chính: Hệ Thống Điện Truyền Tải và Hệ Thống Điện Phân Phối.

- Hệ thống điện phân phối bao gồm các nhà máy điện, đường dây và trạm biến áp có cấp điện áp từ 35KV trở xuống

- Hệ thống điện truyền tải bao gồm các đường dây và trạm biến áp có cấp điện áp từ 66KV đến 500KV

Lưới Điện Truyền Tải Việt Nam hiện được chia thành ba vùng, mỗi vùng do một trong bốn công ty truyền tải điện thuộc Tổng Công Ty Truyền Tải Điện Quốc Gia (NPT) quản lý Cụ thể, Công Ty Truyền Tải Điện 4 phụ trách hệ thống điện miền Nam, từ Bình Thuận đến Cà Mau Trong khi đó, khu vực miền Trung được quản lý bởi Công Ty Truyền Tải Điện 2 và Công Ty Truyền Tải Điện 3 Cuối cùng, Công Ty Truyền Tải Điện 1 đảm nhận việc quản lý hệ thống điện miền Bắc.

Hệ thống truyền tải điện của ba miền được liên kết qua đường dây và Trạm Biến Áp 500KV Trong đó, Hệ Thống Điện Miền Nam sở hữu các nhà máy điện, trạm biến áp, đường dây và phụ tải công nghiệp lớn nhất cả nước.

Trong khu vực Miền Nam, hệ thống điện truyền tải gồm hai cấp điện áp là 500KV và 220KV, trong đó cấp điện áp 500KV chịu ảnh hưởng nặng nề nhất từ các quá trình quá độ như ngắn mạch, đường dây không tải và việc đóng cắt thiết bị trong cả chế độ bình thường và không bình thường.

Trong luận văn thạc sĩ của Trương Sỹ tại HVTH, tôi đã chọn nghiên cứu lưới điện 500KV khu vực Miền Nam để phân tích một số vấn đề liên quan đến quá độ.

- Để có cái nhìn rõ hơn về lưới điện truyền tải 500KV khu vực Miền Nam, tôi xin giới thiệu sơ đồ tóm lược lưới điện 500KV:

TRAM 500KV PHU LAM TRAM 500KV DAKNONG

NHA MAY DIEN PHU MY

2 Các vấn đề đối với đường dây truyền tải

Đường dây truyền tải yêu cầu chiều dài lớn để vận chuyển công suất từ vùng này sang vùng khác, có thể lên đến hàng nghìn kilomet Để đảm bảo tính kỹ thuật và kinh tế, đường dây cần có cấp điện áp rất cao, vì điện áp càng lớn thì tổn thất điện năng và tổn thất điện áp càng giảm Tuy nhiên, một thách thức lớn trong việc xây dựng đường dây truyền tải là việc chế tạo cách điện cho các thiết bị đi kèm với hệ thống.

- Xét một hệ thống đường dây truyền tải đơn giản như sau:

Hệ thống truyền tải bao gồm các thành phần chính như máy biến áp (MBA) tăng áp, máy cắt (MC) và đường dây truyền tải (TT), tất cả đều đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp công suất vô cùng lớn E đến hệ thống.

- Ta có công suất truyền tải cực đại của đường dây TT được tính như sau:

Trong đó: U1: Điện áp ở đầu đường dây TT

U 2 : Điện áp cuối đường dây TT Ψ : góc lệch giữu điện áp U 1 và U 2

Công thức (3.1) chỉ ra rằng công suất truyền tải phụ thuộc vào tổng trở XL và góc lệch điện áp tại hai đầu đường dây, trong khi cấp điện áp truyền tải đã được xác định trước.

Đối với đường dây truyền tải, trở kháng XL chủ yếu phụ thuộc vào kết cấu hình học và khó có thể thay đổi Để giảm trở kháng và tăng khả năng truyền tải mà không thay đổi cấu trúc của đường dây, người ta lắp đặt hệ thống tụ điện mắc nối tiếp, hay còn gọi là hệ thống tụ bù dọc Hệ thống này giúp triệt tiêu bớt thành phần XL, từ đó cải thiện hiệu suất truyền tải điện năng.

HỆ THỐNG E ĐƯỜNG DÂY TT

- Công suất truyền tải cực đại của đường dây TT lúc này là:

MC R +JX - jXc HỆ THỐNG E ĐƯỜNG DÂY TT

Hình 4.2 without sc with sc

Hình 4.3 without sc with sc

Với cấp điện áp truyền tải là 500KV ta có đường đặc tuyến về mối quan hệ giữa tỷ số Xc / XL và công suất truyền tải như hình 4.5

- Cải thiện việc cân bằng công suất tác dụng trên đường dây truyền tải:

Tác dụng cải thiện điện áp khi đường dây tăng tải:

- Tác dụng ổn định điện áp khi đường dây không tải:

Như vậy việc lắp đặt tụ bù dọc cho đường dây truyền tải nhằm:

- Tăng cường khả năng truyền tải công suất tác dụng cho hệ thống

- Cải thiện điện áp đường dây khi tải tăng

- Cải thiện điện áp đường dây khi đường dây không tải

- Cải thiện việc cân bằng công suất tác dụng cho đường dây truyền tải

Cải thiện việc chia sẻ công suất tác dụng giữa các đường dây song song là một yếu tố quan trọng Mặc dù việc lắp đặt các tụ bù dọc trên đường dây truyền tải điện mang lại nhiều ưu điểm, nhưng cũng cần lưu ý đến những nhược điểm đáng kể của chúng.

- Việc đóng, cắt tụ điện có cấp điện áp cao gây nên những quá độ lớn cho hệ thống cũng như các thiết bị liên quan

Tụ điện là thiết bị nhạy cảm với điện áp; khi điện áp tăng cao, tụ điện có thể bị hỏng cách điện, dẫn đến hiện tượng ngắn mạch Điều này gây ra sự không ổn định trong hoạt động của hệ thống.

Khi xảy ra sự cố ngắn mạch trên đường dây truyền tải điện, điện áp tại tụ bù dọc có thể tăng cao đáng kể Nếu không có biện pháp bảo vệ thích hợp, tụ bù dọc sẽ nhanh chóng bị hư hỏng.

3 Sơ đồ đấu nối và các bảo vệ đối với tụ bù dọc

3.1 Sơ đồ đấu nối tụ bù dọc

3.2 Các bảo vệ được trang bị cho tụ bù dọc

3.2.1 MOV (ZnO-VARISTOR) bảo vệ quá điện áp

- Cấu tạo của MOV bảo vệ quá điện áp cho tụ bù dọc được thiết kế như sau:

MOV được cấu tạo từ các tụ điện mắc nối tiếp với điện trở phi tuyến Khi điện áp tăng cao, các tụ điện này sẽ By-pass, giúp giới hạn mức điện áp trên tụ bù dọc.

- TAG được sử dụng như một thiết bị bypass nhanh chóng dàn tụ bụ dọc khi MOV bị quá nhiệt

- Khe hở có khả năng:

 Chịu được dòng điện 40 KA-rms trong 5 giây

Khe hở được điều chỉnh vượt mức bảo vệ MOV, do đó chỉ hoạt động khi có kích phóng Đặc tính này không phụ thuộc vào áp suất khí quyển.

 Bypass bảo vệ MOV khi sự cố, nó được khởi động bởi VAP (“varistor analog and pulser”)

 Ít nhất 25 lần hoạt động với dòng điện 40 kA-rms trong 0,1 giây sẽ không ảnh hưởng tới khả năng hoặc yêu cầu bảo dưỡng của nó

 Khả năng không bị oxy hoá và phục hồi mức chịu đựng điện áp phóng trong 1 giây sau khi dẫn

Khe hở trong mỗi pha bao gồm bộ điện cực và các hộp điều khiển, trong đó mỗi hộp chứa mạch phát VAP (varistor analog and pulser) cùng với mạch mồi cho khe hở Tất cả các thiết bị này được bảo vệ bên trong một thùng có sứ bên ngoài.

SỬ DỤNG PHẦN MỀM ATP ĐỂ KHẢO SÁT PHÂN TÍCH QUÁ ĐỘ

1 Lập sơ đồ khảo sát, tính toán các thông số của đường dây truyền tải

- Xét 2 đường dây truyền tải sau:

 Đường dây 500KV Tân Định – Di linh

TRẠM 500KV TÂN ĐỊNH TRẠM 500KV DI LINH

 Đường dây 500 KV Phú Lâm – Daknong

2 Tính toán các thông số đường dây

2.1 Tính toán các thông số cho đường dây Tân Định – Di Linh (Đầu Tân Định – 574, đầu Di Linh 571)

BẢNG TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT:

Theo sơ đồ kết nối lưới 500KV khu vực Miền Nam, đường dây Phú Lâm – Tân Định không có tụ bù dọc Trong khi đó, đường dây Tân Định – Di Linh được bố trí tụ bù dọc ở cả hai đầu với tổng công suất phản kháng đạt 147 MVA và tổng trở Zc là 61(Ω).

- Tổng trở đường dây Tân Định – Di Linh:

TRẠM 500KV PHÚ LÂM TRẠM 500KV DAKNONG

Ta có các thông số của tụ bù dọc, và MOV bảo vệ:

 Đường dây Tân Định – Di Linh (Đầu Tân Định):

 Thông số tụ bù dọc:

- Dung lượng định mức mỗi pha : 33.8 Mvar

- Điện áp định mức của hệ thống : 500 KV

- Điện áp lớn nhất của hệ thống : 550 KV

- Điện áp định mức của dàn tụ : 31.5 KV

- Ngưỡng bảo vệ quá áp của dàn tụ : 73.5 KV

- Dòng điện khi có sự dao động lưới : 2550 A

- Dòng điện quá tải 1.35pu trong 30 phút : 2025 A

- Dòng điện ngắn mạch lớn nhất trong 0.35s : 23.7/0.35s

 Thông Số của MOV bảo vệ:

- Thời gian cho phép năng lượng tăng cao trong MOV: 17 MJ

- Mức điện áp MOV bảo vệ : 73.5 KVpeak

 THÔNG SỐ CỦA MÁY CẮT 574 (Đầu Tân Định)

- Điện áp định mức : 550kV

- Dòng điện cắt định mức : 50 kA

- Dòng ngắn mạch chịu được trong thời gian 3s: 135 kA

- Điện áp chịu đựng xung sét : 1550 kV

- Điện áp chịu đựng ở tần số công nghiệp : 866 kV

- Chu trình thao tác : O - 0,3s - CO - 3min - CO

- Thời gian mở hoàn toàn : 22 ±2 ms

- Thời gian mở (coil 2) : 19 ±3 ms

- Dòng điện cắt dung của đường dây : 500A

- Điện trở tiếp xúc của mỗi cực : 85 

- Áp suất làm việc tối đa : 1.0 MPa

- Áp suất định mức (làm việc) : 0,90 MPa

- Áp suất cấp I (Signal) : 0,86 Mpa

- Áp suất cấp II (Blocking) : 0,83 MPa

 Đường dây Di Linh – Tân Định ( Đầu Di Linh):

 Thông số tụ bù dọc:

- Điện áp định mức : 22.5 (kV-RMS)

- Khả năng quá tải : Theo tiêu chuẩn IEC 143

 Thông số Mov bảo vệ dàn tụ:

- Điện áp danh định : 22,5kV

- Điện áp giới hạn : 71,2 kVpeak

- Khả năng hấp thụ năng lượng (không có MOV dự phòng): 27,6 MJ

 Thông số MC 571(Đầu Di Linh):

- Ðiện áp định mức : 550kV

- Mức chịu đựng điện áp xung : 1.550 KV

- Mức chịu đựng điện áp thao tác

+ Giữa hai đầu cực : 1.175kV

- Khoảng cách phóng điện trong không khí

- Điện áp giới hạn : 71,2 kVpeak

- Điện áp giới hạn :71,2 kVpeak

 Thông số khe hở phóng điện bảo vệ giàn tụ:

- Mức bảo vệ : 71,2kV peak

- Khả năng chịu dòng ngắn mạch trong 1s : 40kA

2.2 Tính toán các thông số cho đường dây Phú Lâm – Daknong (Đầu Phú

BẢNG TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT:

- Đường dây Phú Lâm – ĐakNông đầu MC 574 không lắp đặt tụ bù dọc, mà chỉ lắp đặt tụ bù dọc đầu Daknong (MC 572)

- Công suất tụ bù dọc là 366 MVAr

- Tổng trở tụ bù dọc là: 30.5(Ω)

- Tổng trở đường dây Phú Lâm – Daknong:

3 Sử dụng phần mềm ATP để khảo sát và phân tích

3.1 Đường dây Tân Định – Di Linh

- Bảng tổng hợp các thông số kỹ thuật của đường dây:

Tên đường dây Chiều dài

(km) Đặc tính tụ bù dọc

Mov bảo vệ tụ bù dọc

Dòng điện làm việc cho phép (A)

3.1.1 Khảo sát cho trường hợp đường dây vận hành ở chế độ tải cực đại là

- Sơ đồ khảo sát trên phần mềm ATP:

TRAM 500KV TAN DINH TRAM 500KV DI LINH

NHA MAY DIEN PHU MY

R +jX R +JX khang bu ngang khang bu ngang

 Dạng sóng điện áp tại thanh cái trạm 500KV Tân Định:

 Dạng sóng điện áp tại thanh cái trạm 500KV Tân Di Linh:

 Dạng sóng dòng điện trên đường dây Tân Định – Di Linh:

 Dạng sóng điện áp trên tụ bù dọc khi có MOV bảo vệ:

 Dạng sóng điện áp trên tụ khi không có MOV bảo vệ:

 Dạng sóng dòng điện trên tụ bù dọc:

 Bảng tổng hợp các giá trị đo được cho trường hợp tải 1000MW:

Tên đường dây Điện áp tại TC

Dòng điện trên đường dây (A) Điện áp trên tụ bù dọc khi có MOV (KV) Điện áp trên tụ bù dọc khi không có MOV (KV)

Dòng điện đi qua tụ bù dọc (A)

3.1.2 Khảo sát cho trường hợp đường dây bị ngắn mạch 01 pha chạm đất

NHA MAY DIEN PHU MY

 Dạng sóng điện áp vị trí giữa đường dây:

- Bảng tổng hợp các giá trị đo được cho trường hợp đường dây bị ngắn mạch 01 pha chạm đất:

Tên đường dây Điện áp tại Điểm giữa đường dây (KV)

Dòng điện trên đường dây (A) Điện áp trên tụ bù dọc khi có MOV (KV) Điện áp trên tụ bù dọc khi không có

3.1.3 Khảo sát cho trường hợp đường dây bị ngắn mạch mạch 03 pha chạm đất

NHA MAY DIEN PHU MY

 Dạng sóng điện áp tại thanh cái trạm 500KV Di Linh:

 Dạng sóng điện áp vị trí giữa đường dây:

Tên đường dây Điện áp tại vị trí giữa đường dây(KV)

Dòng điện trên đường dây(A) Điện áp trên tụ bù dọc khi có MOV(KV) Điện áp trên tụ bù dọc khi không có

3.1.4 Khảo sát cho trường hợp đường dây vận hành ở chế độ không tải

NHA MAY DIEN PHU MY

R +jX R +JX khang bu ngang khang bu ngang

 Dạng sóng điện áp tại vị trí giữa đường dây khi có kháng bù ngang:

 Dạng sóng điện áp tại vị trí giữa đường dây khi không có kháng bù ngang:

- Bảng tổng hợp các giá trị đo được cho trường hợp đường dây vận hành ở chế độ không tải:

Điện áp tại vị trí giữa đường dây có kháng bù ngang (KV) và không có kháng bù ngang (KV) ảnh hưởng đến hiệu suất và ổn định của hệ thống điện Việc so sánh điện áp ở hai trạng thái này là cần thiết để tối ưu hóa hoạt động của lưới điện.

3.1.5 Khảo sát hiện tượng quá điện áp phục hồi TRV (transients recovery voltage)

NHA MAY DIEN PHU MY

 Trường hợp máy cắt tác động ở tải bình thường:

 Dạng sóng dòng điện qua máy cắt:

 Dạng sóng điện áp đặt lên máy cắt (điện áp phục hồi):

 Trường hợp máy cắt tác động ở ngắn mạch 01 pha chạm đất:

- Bảng tổng hợp kết quả khảo sát TRV

Tên đường dây Điện áp tại TC Tân Định (KV)

Dạng sự cố Điện áp phục hồi trên MC

3.2 Đường dây Phú Lâm – Daknong

- Bảng tổng hợp các thông số kỹ thuật của đường dây:

Chiều dài (km) Đặc tính tụ bù dọc

Mov bảo vệ tụ bù dọc

Dòng điện làm việc cho phép (A) PHÚ LÂM-

3.2.1 Khảo sát cho trường hợp đường dây vận hành ở chế độ tải cực đại là

NHA MAY DIEN PHU MY

 Dạng sóng điện áp tại thanh cái trạm 500KV Phú Lâm:

 Dạng sóng dòng điện trên đường dây Phú Lâm – Dak Nông:

 Sụt áp trên đường dây:

- Bảng tổng hợp các giá trị đo được cho trường hợp tải 1000MW:

Sụt áp trên tổng trở đường dây (KV)

3.2.2 Khảo sát cho trường hợp đường dây vận hành ở chế độ ngắn mạch 01 pha chạm đất

NHA MAY DIEN PHU MY

Tên đường dây Điện áp tại TC PL (KV)

3.2.3 Khảo sát cho trường hợp đường dây vận hành ở chế độ ngắn mạch 03 pha chạm đất

NHA MAY DIEN PHU MY

Tên đường dây Điện áp tại TC PL (KV)

PHÚ LÂM - Ua = 0 Ia = 22.000 Ua = 22 Ua = 488 Ia = 6.000 Ua = 245

3.2.4 Khảo sát cho trường hợp đường dây vận hành ở chế độ không tải

NHA MAY DIEN PHU MY

NHA MAY DIEN YALY khang bù ngang

 Dạng sóng điện áp tại thanh cái trạm 500KV DAK NÔNG:

 Dạng sóng điện áp ở giữa đường dây khi có kháng bù ngang:

 Dạng sóng điện áp ở giữa đường dây khi không có kháng bù ngang:

- Bảng tổng hợp các giá trị đo được cho trường hợp đường dây vận hành ở chế độ không tải:

Tên đường dây điện áp tại trạm chuyển (TC) được xác định theo các mức điện áp khác nhau Cụ thể, điện áp tại vị trí giữa đường dây khi có kháng bù ngang (KV) và điện áp tại vị trí giữa đường dây khi không có kháng bù ngang (KV) cũng cần được ghi nhận Thông tin này rất quan trọng để đảm bảo an toàn và hiệu quả trong việc vận hành hệ thống điện.

3.2.5 Khảo sát hiện tượng quá điện áp phục hồi TRV (transients recovery voltage)

NHA MAY DIEN PHU MY

 Trường hợp máy cắt tác động ở tải bình thường:

 Dạng sóng điện áp đặt lên máy cắt ( điện áp phục hồi):

- Bảng tổng hợp kết quả khảo sát TRV

Tên đường dây Điện áp tại TC PL(KV)

Dạng sự cố Điện áp phục hồi trên

KHẢO SÁT LƯỚI ĐIỆN 500KV KHU VỰC MIỀN NAM

1 Sơ đồ khảo sát trên phần mềm ATP

PHU TAI KCN BINH DUONG

NHA MAY DIEN PHU MY

PHU TAI KCN DONG NAI khang bu ngang khang bu ngang khang bu ngang khang bu ngang khang bu ngang

- Bảng tính toán các thông số kỹ thuật của lưới 500KV khu vực Miền Nam:

Chiều dài (km) Đặc tính tụ bù dọc

Công suất kháng bù ngang (MVAr)

Dòng điện làm việc cho phép (A)

Nhà Bè 18.5 Không có 0.87 + j1.25 Không có

Nhà Bè – ÔMôn 152 Không có 7.1 + j10.3 150 1500

2.1 Khảo sát cho chế độ vận hành bình thường

 Dạng sóng điện áp tại thanh cái trạm 500KV Nhà Bè:

 Dạng sóng điện áp tại thanh cái trạm 500KV Phú Mỹ:

 Dạng sóng điện áp tại thanh cái trạm 500KV Ô Môn:

 Dạng sóng điện áp tại thanh cái trạm 500KV DAk Nông:

 Dạng sóng dòng điện trên đường dây Phú Lâm – Tân Định:

 Dạng sóng điện áp trên tụ bù dọc đường dây Phú Lâm – Tân Định:

 Dạng sóng dòng điện trên đường dây Nhà Bè – Ô Môn:

 Dạng sóng dòng điện Phú Lâm – Nhà Bè:

 Dạng sóng dòng điện Phú Lâm – Ô Môn:

 Dạng sóng dòng điện trên đường dây Nhà Bè – Phú Mỹ 1:

 Điện áp rơi trên tụ bù dọc đường dây tân Định – Di Linh:

- Bảng tổng hợp các kết quả khảo sát cho lưới 500KV khu vực Miền Nam trong chế độ bình thường:

Tên đường dây Điện áp tại thanh cái (KV)

Dòng điện trên đường dây (A)

Dòng điện qua tụ bù dọc (A) Điện áp trên tụ bù dọc(KV)

U a &3 I a = 1500 Không có tụ bù dọc

Không có tụ bù dọc

U a = 265 I a = 1400 Không có tụ bù dọc

2.2 Khảo sát cho trường hợp sự cố 01 pha trên đường dây Tân Định – Di

2.2.1 Sơ đồ khảo sát trên phần mềm ATP

PHU TAI KCN BINH DUONG

NHA MAY DIEN PHU MY

PHU TAI KCN DONG NAI khang bu ngang khang bu ngang khang bu ngang khang bu ngang khang bu ngang

 Dạng sóng điện áp tại thanh cái trạm 500KV Nhà Bè:

 Dạng sóng điện áp tại thanh cái trạm 500KV Phú Mỹ:

 Dạng sóng điện áp tại thanh cái trạm 500KV Ô Môn:

 Dạng sóng điện áp tại thanh cái trạm 500KV DAk Nông:

 Dòng điện trên tụ bù dọc đường dây Phú Lâm – Dak Nông:

 Điện áp trên tụ bù dọc đường dây Phú Lâm – Dak Nông:

 Dạng sóng dòng điện trên đường dây Phú Lâm – Tân Định:

 Dạng sóng dòng điện trên đường dây Nhà Bè – Ô Môn:

 Dạng sóng dòng điện trên đường dây Phú Lâm – Nhà Bè:

 Dạng sóng dòng điện trên đường dây Phú Lâm – Ô Môn:

 Dạng sóng dòng điện trên đường dây Phú Lâm – Di Linh:

 Dạng sóng dòng điện trên tụ bù dọc đường dây Phú Lâm – Di Linh:

 Dạng sóng điện áp trên tụ bù dọc đường dây Phú Lâm – Di Linh:

 Dạng sóng dòng điện trên tụ bù dọc đường dây Di Linh – Dak Nông:

 Dạng sóng điện áp trên tụ bù dọc đường dây Di Linh – Dak Nông:

Bảng tổng hợp kết quả khảo sát cho lưới điện 500KV khu vực Miền Nam trong chế độ ngắn mạch 1 pha chạm đất tại điểm giữa đường dây Tân Định – Di Linh đã được thực hiện.

Tên đường dây Điện áp tại thanh cái (KV)

Dòng điện trên đường dây (A)

Dòng điện qua tụ bù dọc (A) Điện áp trên tụ bù dọc(KV)

U a 1 I a = 5770 Không có tụ bù dọc

Không có tụ bù dọc Nhà Bè – Phú U a = 279 I a = 1700 Không có tụ Không có

Nhà Bè Mỹ 1 bù dọc tụ bù dọc

Không có tụ bù dọc Ô Môn – Phú

- Điện áp đặt lên tụ bù dọc ở chế độ vận hành tải bình thường là nhỏ hơn điện áp làm việc của tụ (U c ".5 KV > 6 KV)

- Điện áp đặt lên tụ bù dọc ở chế độ ngắn mạch 1 pha chạm đất là 29KV thấp hơn điện áp định mức của tụ là 31.5 KV

Khi xảy ra hiện tượng ngắn mạch 1 pha trên đường dây mà không có thiết bị bảo vệ như MOV cho giàn tụ, điện áp trên tụ có thể lên đến 520KV, dẫn đến nguy cơ phá hủy cách điện của tụ bù dọc Do đó, việc lắp đặt thiết bị bảo vệ quá điện áp cho tụ bù dọc trên đường dây là rất cần thiết.

Khi xảy ra hiện tượng ngắn mạch, dòng điện qua tụ bù dọc và dòng điện trên đường dây sẽ có sự chênh lệch lớn do MOV bảo vệ tụ, dẫn đến việc chia sẻ dòng điện.

Khi tiến hành đóng điện cho đường dây không tải mà không có thành phần kháng bù ngang, điện áp ở cuối đường dây có thể tăng cao, dẫn đến nguy cơ gây hại cho cách điện của các thiết bị điện trong lưới.

Điện áp phục hồi quá độ (TRV) tại tiếp điểm của máy cắt trong chế độ ngắn mạch 1 pha chạm đất đạt giá trị cao lên tới 696KV, từ đó cho phép tính toán hệ số FPTC một cách chính xác.

- So sánh với thông số kỹ thuật của nhà chế tạo cho máy cắt 500KV là FPTC

=1.5 như vậy hệ số quá điện áp phục hồi là đạt yêu cầu vận hành

Dòng điện ngắn mạch trong các chế độ ngắn mạch 1 pha chạm đất và 3 pha chạm đất đạt giá trị tối đa 31.5 KA, thấp hơn so với dòng ngắn mạch cho phép của thiết bị trên lưới là 40 KA Điều này cho thấy thiết bị vẫn đảm bảo yêu cầu vận hành an toàn trong các tình huống sự cố.

Kết quả mô phỏng trên phần mềm ATP được so sánh với dữ liệu từ relay bảo vệ SEL 421 trong hai sự cố một pha chạm đất trên đường dây Tân Định – Di Linh Sự đối chiếu này giúp xác nhận tính chính xác và hiệu quả của mô hình mô phỏng trong việc phân tích sự cố điện.

Kết quả ghi nhận của relay khi sự cố 1 pha chạm đất trên đường dây Tân Định-

Kết quả ghi nhận của relay khi sự cố 1 pha chạm đất trên đường dây Tân Định-Di Linh lần 2

Bảng so sánh kết quả mô phỏng từ phần mềm ATP và kết quả ghi nhận của relay trên lưới khi ngắn mạch tại một số vị trí

Kết quả ghi nhận từ relay Kết quả mô phỏng ATP Điện áp tại thanh cái

Dòng điện Điện áp tại thanh cái

Qua việc truy xuất 02 lần ghi nhận của relay liên quan đến sự cố trên đường dây Tân Định – Di Linh, kết quả mô phỏng trên phần mềm ATP cho thấy dòng điện và điện áp tại thanh cái trong quá trình quá độ xảy ra trên lưới đều nằm trong mức chấp nhận được.

Trong hệ thống điện truyền tải, các quá trình quá độ, đặc biệt là về điện áp và dòng điện, có ảnh hưởng lớn đến thiết bị Mỗi chế độ quá độ mang lại các thông số vận hành khác nhau.

Dựa trên lý thuyết phân tích quá độ, chúng tôi đã xây dựng sơ đồ mô phỏng lưới điện truyền tải 500KV miền Nam Việt Nam bằng phần mềm ATP Qua đó, chúng tôi khảo sát và đánh giá các trạng thái quá độ như dòng điện trên các đường dây, điện áp tại các nút trạm 500KV và quá điện áp phục hồi (TRV) của máy cắt Đặc biệt, với đường dây 500KV dài, việc lắp đặt hệ thống tụ điện bù dọc là cần thiết để tối ưu hóa truyền tải công suất Chúng tôi đã khảo sát điện áp đặt lên tụ điện trong các chế độ khác nhau và so sánh với thông số kỹ thuật của nhà chế tạo Điện áp phục hồi của thiết bị đóng cắt là yếu tố quan trọng để xác định khả năng chịu đựng cách điện của thiết bị trong chế độ sự cố, và mô hình trong luận văn này cho phép chúng tôi khảo sát điện áp phục hồi tại tiếp điểm máy cắt trong các tình huống ngắn mạch.

Mô hình được phát triển trong luận văn này cho phép khảo sát các ảnh hưởng khác đến hệ thống điện, bao gồm quá điện áp do sét, sự sụp đổ điện áp và khả năng truyền tải công suất của đường dây.

Kết quả khảo sát từ mô hình phân tích trên phần mềm ATP cho thấy sự tương đồng chấp nhận được với dữ liệu từ relay bảo vệ của các đường dây 500KV trong trường hợp có sự cố Mô hình này có thể được sử dụng để thực hiện khảo sát định tính cũng như để so sánh và tham khảo với các kết quả tính toán thiết kế khác.

[1] Lou van der sluis (2001) Transients in power systems

[2] Hồ Văn Hiến (2005) Hệ Thống Điện - Truyền Tải và Phân Phối

[3] Nguyễn Hoàng Việt (2001) Bảo Vệ Rơ Le và Tự Động Hóa

[4] Nguyễn Hoàng Việt (2003) Ngắn Mạch và Ổn Định Trong Hệ

[5] Đào Quang Thạch (2005) Phần Điện Trong Nhà Máy Điện Và

[6] Q.Bui Van, A.Lecompte, N.Leblanc, P.lariviere Control of

Switching Overvoltages and Transient Recovery Voltages for Hydro – QueBec 735 –KV Seiries – Compensated Tranmission System

[7] Jonh j.Grainger (1994) Power System Analysics

Tiêu đề	Khảo Sát, Phân Tích, Đánh Giá Quá Trình Quá Độ Xảy Ra Trên Lưới Truyền Tải. Liên Hệ Quá Trình Quá Độ Với Thực Tế Lưới Truyền Tải
Tác giả	Trương Sỹ
Người hướng dẫn	PGS. TS. Nguyễn Hữu Phúc
Trường học	Đại Học Bách Khoa
Chuyên ngành	Thiết Bị, Mạng & Nhà Máy Điện
Thể loại	Luận Văn Thạc Sĩ
Năm xuất bản	2013
Thành phố	TP. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	111
Dung lượng	5,48 MB