qua dien ap

21
MÔ PHỎNG QUÁ ĐIỆN ÁP KH QUYN TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN Phạm Ngọc Ý – Công ty TNHH MTV Thí nghiệm Điện miền Trung Dịch từ bài báo “Simulation of Lightning Overvoltages in Electrical Power Systems” của H. Schmitt & W. Winter. Tóm tắt: Sét đánh vào đường dây tải điện trên không là nguyên nhân gây ra quá trình lan truyền sóng dọc theo đường dây và truyền vào trạm và ở đây chúng gây ra quá điện áp mà có thể gây ra mối nguy hiểm cho bất cứ thiết bị nào kết nối vào trạm, như là cáp lực hoặc các máy biến áp…. Với việc sử dụng các chống sét van oxit kim loại, những quá điện áp này sẽ được giảm xuống tới một biên độ an toàn, là dưới mức cách điện của các thiết bị mà nó đặt vào. Bài báo này mô tả các mối quan hệ cơ bản cho việc tính toán các quá điện áp khí quyển gây ra, các mô hình dùng cho việc chẩn đoán, khảo sát và đưa ra một ví dụ minh họa từ việc mô phỏng trực quan bằng việc sử dụng phần mềm NETOMAC của hãng SIEMENS [1]. I. Các loại sét đánh: Trong việc tính toán quá điện áp mà xảy ra sau khi sét đánh vào đường dây truyền tải, cần một sự phân biệt được thiết lp từ 3 loại này. Đó là: A. Sét đánh từ xa: Sét đánh từ xa không xảy ra ngay lp tức tại vùng lân cn của thiết bị đóng cắt. Sét đánh từ xa gây ra một sóng lan

Upload: tdcntta

Post on 16-Dec-2015

5 views

Category:

Documents


0 download

DESCRIPTION

Qua dien ap

TRANSCRIPT

M PHNG QU IN P KHI QUYN TRONG H THNG IN

Phm Ngc Cng ty TNHH MTV Th nghim in min Trung

Dch t bi bo Simulation of Lightning Overvoltages in Electrical Power Systems ca H. Schmitt & W. Winter.Tm tt: St nh vo ng dy ti in trn khng l nguyn nhn gy ra qu trnh lan truyn sng dc theo ng dy v truyn vo trm v y chng gy ra qu in p m c th gy ra mi nguy him cho bt c thit b no kt ni vo trm, nh l cp lc hoc cc my bin p. Vi vic s dng cc chng st van oxit kim loi, nhng qu in p ny s c gim xung ti mt bin an ton, l di mc cch in ca cc thit b m n t vo. Bi bo ny m t cc mi quan h c bn cho vic tnh ton cc qu in p khi quyn gy ra, cc m hnh dng cho vic chn on, kho st v a ra mt v d minh ha t vic m phng trc quan bng vic s dng phn mm NETOMAC ca hng SIEMENS [1].

I. Cc loi st nh:

Trong vic tnh ton qu in p m xy ra sau khi st nh vo ng dy truyn ti, cn mt s phn bit c thit lp t 3 loi ny. o la:A. St nh t xa:

St nh t xa khng xy ra ngay lp tc ti vng ln cn ca thit b ng ct. St nh t xa gy ra mt sng lan truyn m c m phng bi 1 in p xung st vi thi gian u song l 1,2 s v thi gian chiu dai song l 50 s. Cc sng lan truyn ti thit b ng ct, v n c cho rng gi tr bin thp hn in p phng in cua cch in ca ng dy trn khng. V th, st nh t xa khng dn n bt c mt phng in no cch in ng dy ngay lp tc gn ni thit b ng ct. Bin ca cc st ny (90% gi tr in p chu ng) c tnh ton t 50% gi tr in p phng in ca cch in, ly gi tr lch chun = 0,03 i vi cc in p xung st. [2]

U90 = U50 *(1+1,3.) (1)

V d m phng ca vic st nh t xa vi bin l 1600kV i vi h thng 230kV c minh ha trong hnh 1a.

B. nh vo cc ct:

Khi st nh trc tip vo ct lm gia tng in th ca ct v ph thuc vo mc in tr bc v mc cch in ca ng dy trn khng, dn n phng in ngc li t ct ti ng dy. Nhng phng in ngc ny l do cc sng lan truyn dc qua cc dy dn ti thit b ng ct. M phng ca st nh ny c dng sng lm trong khi tng v c m t trong [3] vi thi gian ti gi tr na xp x 100 s. i vi bin ca dng st, gi tr ln nht l 200kA khi st nh vo mc t s c cho l trng hp t nht [3]. Hnh 1b m t dng st vi gi tr l 200kA.

C. Xung quanh khu vc st nh vo cc vt dn ca ng dy trn khng:Bin dng ca st m nh vo vt dn trn ng dy b nh hng ln ca hnh dng ca ct v nh hng ca dy chng st trn khng. Cc ct cao cng vi khong cch vt dn rng v gc bo v t dy chng st trn khng s dn ti cc dng st nh trc tip ln dy dn s cao hn. Do , bin ca dng in st cng c tnh nh l mt hm ca hnh dng ct i vi cc ng dy trn khng. Thng thng, dng in st dao ng trong khong t 10kA n 60kA. Tng t nh st nh vo ct, dng sng lm cng xy ra trong khi tng, vi thi gian ti gi tr na xp x l 100 s. Mt v d ca dng sng c cng dng l 30kA c m t nh hnh 1c.

II. Dng in st ln nht trong trng hp st nh trc tip vo dy dn:

Bin ln nht khi st nh trc tip vo dy dn c nh hng rt ln n hnh dng ca ct. Cng thc tnh ton dng in ny c da vo m phng hnh hc trong hnh 2 [3,4].

Ph thuc vo thng s ca ct, nh l chiu cao tnh t mt t ca dy dn v dy chng st, v vng ca dy dn so vi dy chng st, mt th parabole c v nhm thay th cho cc cung cong ca cc khong cch bng nhau t dy dn v t t. V th, khi st nh vo bn phi parabole ny th s nh vo t, v st nh vo bn tri ca parabole th s nh vo ct. xc nh s phn chia khu vc m lin quan n st nh trc tip vo dy dn trn khng, ng trung trc ca ng thng ni dy chng st (E) v ng dy trn khng (L) c v. Ch khu vc c gch cho c to ra bi ng trung trc v parabole c th c xem nh l khu vc st c th nh trc tip vo dy dn. Dng in st ln nht c th I trong trng hp st nh trc tip vo dy dn c th c tnh ton theo quan h sau:

hE = 8*I0,65 (2)

Trong hE c xc nh bi chiu di ca phn ng dy trn khng (L) v giao im (i) ca ng trung trc vi parabole.

III. M hnh phng in ca cch in:

c tnh phng in ca cch in c m t vi in p phng in 50%. Hnh 3 m t c tnh c bn ca in p phng in 50% nh l mt hm ca thi gian. Theo , in p cao m trong khong thi gian ngn hoc in p thp m trong khong thi gian di dn n phng in i tng th nghim mt na ca xung bao gm c vi in p ny. i vi vic m phng c trng phng in ca cch in, ch tiu thit k Kind [5] c p dng cho vic tnh ton vi NETOMAC. Khi in p hin ti cch in vt qua gi tr in p tham kho, c suy ra t in p phng in 50% ca cch in, vic tnh ton ca khu vc thi gian-in p c bt u:

U = U + (3)Khi gi tr gii hn xc nh in p-thi gian ca khu vc F b vt qua, th s phng in trn cch in xy ra.

IV. M hnh sng lan truyn ca thit b:

Trong tnh ton qu in p do st gy ra, cn thit phi cn c s tnh ton thi gian lan truyn ca cc qu in p ny, s phn x li im cui khi h mch, v s khc x trn s chuyn tip ti cc tng tr sng xung ca cc bin khc nhau. V th, m phng ca qu in p do st yu cu phi m phng cc b phn ca cc thit b in, nh l cc ng dy truyn ti trn khng, cc dy chng st, cc ct v thit b ng ct cng nh cc sng lan truyn trn vt dn. Trong trng hp ca m hnh sng lan truyn, cc b phn ca thit b in khng c m phng nh l cc in khng tp trung, nhng c m t bng cc in khng xung st cua chng Z, tc lan truyn v v chiu di l. Sng truyn trong mi trng khng kh, cch in bng kh vn tc bng vn tc nh sng c (v=300m/s). Trong trng hp ca cc phn vt dn vi cch in l ra ngoi nh l cp th tc lan truyn thp hn (XLPE, vn tc khong 200 s, cp c giy ngm du cch in khong 160 s), ph thuc vo hng s quan h in mi R

v= (4)

in khng xung st m t ch tn s cao ca cc b phn ca thit b v c tnh ton vi quan h sau:

Z= 1/v.C (5)Trong : Z= v = C: l in dung trn 1km.

L: in cm trn 1km.

in khng xung st ph thuc vo mc in dung ca pha so vi t, m ch yu b nh ca cao so vi mt t. i vi cc ng dy trn khng v dy chng st, in khng xung st tng hp c tnh ton theo quan h nh sau:

Z = 60*ln (6).

y h c m t l chiu cao treo dy so vi mt t, v r l bn knh ca vt dn. n gin trong m phng cn c kh y cc yu t chnh xc trong cc trng hp kho st sut in p st trn thit b, cc sng truyn trn vt dn c th c m phng trong NETOMAC vi vic s dng m hnh Marti [6]. y, gim nh hng ca cc cp pha vi nhau gia cc pha trong 1 h thng v gim vic ph thuc tn s ln ng sut st cng c tham gia tnh ton. in khng xung st ca cc thit b c th c tnh ton theo cng thc (5). Trong vic tnh ton qu in p st, cc yu t ca thit b, nh l cc my bin dng, my bin in p, my ct...khng m t mt cch ring l. Khi c s thay i nh ca cc c th ny c nhn ra trong c tnh khc x ca s lan truyn sng ti, chng cng ch c nh hng nh trong kt qu tnh ton. Tng phn vi hin tng qu rt nhanh, nh l vic ng ct cc thit b, c cho l khi tnh ton cc qu in p ny s dng mt in khng xung st trung bnh cho cc b phn chc chn, nh l cc thanh ci hoc cc xut tuyn. Vic tnh ton cc in khng xung cho cc ct l c suy ra t quan h trong cng thc (6), ni m bn knh trung bnh trng lng rav trn chiu cao nguyn ca ct h c mang vo tnh ton theo [7].

Zav = 60. (7).

V. o c sa cha i vi qu in p khi quyn:

Bin dng st khi nh trc tip vo vt dn ng dy trn khng b nh hng ln ca hnh dng ct v nh hng ca ng dy chng st. V th, c mt qui lut chung nht l cc ct cao vi khong cch dy dn rng v gc bo v ca dy chng st ln dn ti dng st nh trc tip vo vo dy dn trn khng cng cao. c bit, trong khu vc nhy vi ging bo, th c th la chn phng n thit k ct sao cho bin dng in st nh vo ct l cao nht c th gim ng k vic st nh trc tip vo dy dn trn khng ( v d nh thit k cc dy chng st gn nh thng ng vi dy dn trn khng).

St nh vo ct dn n vic tng in th ca ct, m iu ny c xc nh bi in tr bc ca ct. Nu in th ny vt qu mc chu ng ca cch in, th s c phng in ngc li dc theo cch in, c bit khi chng xy ra gn khu vc thit b ng ct, c th gy ra nguyn nhn lm qu in p tng cao v qu in p vi tc thay i ln. y, vic lin kt cc ct cui cng ti h thng ni t nh l mt phng php hiu qu trong vic gim ng k in tr bc ca ct v ngn cn s phng in ngc dc theo cch in ca cc ct ny. Nhng v l do kinh t nn iu ny c hn ch v ch thc hin i vi cc ct chnh v u tin t pha trm m thi. Vic s dng sng (hay l m) phng in trn cc cch in cng c nh hng n c tnh phng in. Nu c vi h thng cng nm chung trn mt ct th cch in ca mt trong cc h thng ny nn c trang b sng phng in m vic phng in s d xy ra hn trn cc h thng ny iu ny ph thuc vo khe h ca sng khi lp t. Trong khu vc c xc sut ging bo cao, vic o c cn c thc hin, k t khi tr c ra i, vic phng in ngc s c hn ch ti mt h thng ca ng dy truyn ti in v tng s c ca h thng s c giam ang k.

Thm vo mt s kt cu khc cp trc y, vic s dng chng st van ng dy ci thin cht lng st trn ng dy hoc trnh s mt in ca mch kp ang gia tng trong nhng nm gn y. S lng v v tr lp t ca cc chng st van trn cc ng dy n ph thuc vo nhiu yu t nh l: mi trng yu cu, hot ng st trong khu vc lp t, cu trc ng dy, in tr bc ca ct, c tnh ca chng st.

Bn cnh cc tnh nng c bit ny, vic lp t chng st van trong trm cn l mt phng php hu hiu trong vic gii hn qu in p qu , v d nh vic qu in p khi ng ct cc thit b hoc cc qu in p do st [8].

Ngy nay, cc chng st van oxit kim loi c s dng nhiu hn ch qu in p xy ra bi cc tc dng ca cc c tnh phi tuyn (c tnh in p d). Cc tiu ch kch thc cho vic la chn chng st, thm vo l in p vn hnh ln nht ca h thng Um, cch thc ni im trung tnh ca h thng v h s s c t tng hp. Da trn cc c s d liu ca h thng, chng ta c th la chn chng st bi in p vn hnh lin tc ca chng Uc, in p nh mc Ur v c tnh in p d. c nhng tnh cht bo v ti u ca chng st, iu ny l tht s cn thit c bit trong s tnh ton cng st, lp t chng thng bo v cc thit b nh l cc MBA hoc cc khng in. bo v cc thit b ng ct t cc qu in p truyn vo, chng st c lp t pha ti hoc i ca trn cc xut tuyn ca ng dy trn khng. S chuyn tip t ng dy qua cc cp lc cng c bo v bi chng st van ngn cn cc qu in p khng cho php bi v cc sng phn x t im chuyn tip t cp ( in khng xung thp) n cc ng dy trn khng (in khng xung cao).

Nu vn hnh ng dy ch khng ti hoc vn hnh hn hp ng dy trn khng / xut tuyn cp (u cui h mch) trong mt h thng trong khong thi gian ko di, vic lp t chng st cui im lin kt cng cn thit hn ch cc qu in p bi phn x ca sng lan truyn cui ng dy h mch.

VI. Tnh ton cc qu in p do st s dng phn mm NETOMAC:

Theo cc kt qu phn tch pha trn, phn ny s m t cc kt qu ca mt tnh ton qu in p vi chng trnh m phng trc quan NETOMAC, s dng v d ca trm GIS 230kV (GIS Trm c cch in bng kh).

Giao din trm v ng dy trn khng c minh ha bng NETCAD. NETCAD l mt cng c mnh, nhanh trong vic phc ha, ko th, hiu chnh v thit k cc h thng in v cc cu trc iu khin. Thm vo , NETCAD c mt th vin m hnh phong ph cho cc chc nng c bit trong vic tnh ton ca qu in p do st.

Thm vo k nng bit nhiu cc chc nng ca CAD nh l ct dn, ko th, xoay, thu phng ..., h thng cng cung cp mt th vin ln cc k hiu bao gm cc yu t dnh cho chng trinh NETOMAC. Ngi dng cn chun b cc s mng v cc khi s thng qua cc th vin ha ca n. Hnh 4 cho thy mt s c to ra t cc khi ca th vin phn mm.

Thng s c nhp vo t cc nhn m mi i tng c m phng v cc ch thch km theo mt cch ngn gn. Cng c nhng cng c c trng cho vic kt ni cc nhm quan h li vi nhau to ra mt sn phm mi, t cc biu tng ban u trong cc dng m hnh chng ta c th thm chng vo trong cc th vin chng trnh hoc trong cc th vin ngi dng. V d, kt ni cc cu trc iu khin phc tp hoc cc mng con, bao gm mt s lng ln cc phn khc nhau ca thit b, vo trong cc biu tng mi. Nh l mt kt qu ca tnh bo mt trong tha k, ph thuc vo cc yu cu v vic s dng d liu ging nhau, h thng cho php mt s la chn to thnh ty vo mc phc tp nh th no hoc tnh rnh mch ca mt h thng c thay th.

Cc b phn ring l c th c kch hot v kh kch hot v lin kt ti bt c im no trong h thng. V vy n c th ch r v m t cc cu trc khc nhau ca ct cng nh cc m hnh sng lan truyn bt c ni no trong h thng.

Th vin NETCAD dng cho vic tnh ton cc qu in p do st cha vi m hnh ca cc loi ct, dn ct, chng st, MBA, ng dy trn khng, cp lc hoc cc b phn ca trm khc nhau.

i vi vic m phng cc dng in st hoc cc hnh dng sng in p xung, m hnh ca dng v ngun in p cng bao gm trong th vin m hnh. Hnh 5 ch cho thy v d vi m hnh ng dy trn khng trong th vin ny. Hnh 6 ch cho thy vi b phn ca mt thit b ng ct. Tt c cc thit b nh l thanh ci, MBA, my pht hoc cp lc u c m hnh ha cng nh cc m hnh sng truyn.

Hnh 7 m t cc biu tng ca ca ngun dng v p cho vic m phng cc dng in st v dng sng in p xung. Ph thuc vo loi hnh ca ngun (ngun p, ngun dng), v tr s c, cu trc ca mng, th c cc phng php tnh khc nhau. Th vin cng bao gm cc thit b o lng c bit. Hnh 7 m t dng, p v nng lng ca chng st van gy ra bi st nh.

Giao din ngi dung NETCAD l mt h thng m. Do c th xy dng cc m hnh mi trong cc dng ha m rng th vin tng bc mt. Vic s dng th vin ha lm cho chng ta d dng to c cc m hnh h thng chi tit v a ra cc vn d c ch khc nhau nh l:

M hnh t ng ca ngun dng v p cho vic m phng cc dng in st v hnh dng ca in p xung st.

M hnh cc cu trc khc nhau ca ct cng nh l m hnh sng lan truyn.

M phng cc phng in ca cch in.

Trong cc trng hp c bit (nh hng qua li ca 2 ng dy trong h thng 3 pha hoc vn gim ph thuc tn s, m hnh Marti c m rng trong NETOMAC.

Hnh 8 m t mt s thit b n gin ca h thng 230kV. M phng ct u tin trong h thng 3 ct ca ng dy trn khng v ni vo trm bng cp. Trong trm, bao gm cc khong i ra t MBA, cng c m phng theo c tnh sng lan truyn. Cc tuyn ra t MBA cng tham gia vo trong vic tnh ton dung lng ca st gia pha cao p vi t. bo v cc thit b, chng st van c lp t im lin kt gia ng dy trn khng v cp v pha u cc MBA bn 230kV.

Mc ch ca vic kho st l tnh ton cc qu in p, theo sau st nh vo ng dy trn khng, xy ra cc v tr khc nhau trong trm, cc v tr ni cp vo ng dy, pha cao ca cc u cc MBA. Kt qu dng la chn CSV thch hp cho vic bo v cc thit b t cc qu in p khng mong mun. Trong nhng tnh ton ny c 3 loi st nh khc nhau nh m t nh ban u (nh t xa, nh trn ct v nh trc tip vo ng dy) c m t, c tnh ton trong cc kt cu khng thun li ca trm. Cc ng sut cao nht xy ra khi trm ang vn hnh trong tnh trng trm ct, c ngha l 1 ng dy ch cung cp cho 1 MBA..

Hiu qu ca CSV c tnh ton, kim tra, so snh vi in p ln nht xy ra vi gi tr cch in cho php ca thit b (BIL), c tnh ton vi gi tr bin (S) an ton theo tiu chun c bit [2].

Tnh ton ng sut st i vi cc thit b ng ct, cp lc v MBA khi c st nh trc tip l 30kA ln ng dy trn khng khu vc ct 1 nh trong hnh 9. i vi trm, m hnh trm ct nh hnh 7 cng c tham gia vo trong tnh ton ny. Mt v d minh ha cho vic hot ng ca CSV, hnh 10 m t ng sut dng v p ln CSV ca MBA khi c st nh trc tip ln ng dy cng c m t.

Nh v d m t, mc cch in c bn BIL = 1050 kV c xc lp i vi cc thit b ng ct v cp, v BIL = 900kV vi u cc pha cao ca MBA. Kt qu ch ra rng, vi CSV thit k hin ti, ng sut in p c xc nh l BIL/S = 1050/1,15 = 913kV i vi thit b ng ct v cp lc v BIL/S = 900/1,15 = 783kV i vi cc u cc pha cao ca MBA c duy tr.

VII. Tng kt:

Vic tnh ton cc qu in p l cn thit cho vic m phng cc thit b in, nh l vic m phng cc ng dy trn khng, cp lc, ct, cc cc trm cng nh m hnh sng lan truyn. M phng st nh t xa lu li in p st tng ng vi in p xung tiu chun 1,2.50 s, trong khi dng st trong trng hp nh vo ct hoc trc tip vo ng dy trn khng c quyt nh bi dng hnh hc ca ct v nh hng ca ng dy chng st, v c quyt nh ring l cho mi trm.

c tnh phng in ca cch in c m t bi biu in p-thi gian, theo tiu ch Kind. Vic nh hng ln nhau gia cc pha n trong h thng 3 pha, cng nh l gim ph thuc tn s, c th c m phng trong cc trng hp c bit bng vic s dng m hnh Marti.

i vi tnh ton ca cc qu in p bng phn mm NETOMAC, cc modul chnh c s dng, bng nhng ng dng n gin, c th thc hin d dng vi cc trng hp khc nhau tng i rng, nh l trong vic thit kt trm, pht trin cc thit b mi, hoc trong h thng vn hnh ca b chuyn i nng lng (HDVC). Da vo cc kt qu ca vic tnh ton, v d, xc nh s lng v v tr ti u ca CSV trong vic thit k trm, hoc tnh ton cc ng sut in p ca thit b v xc nh cc thit b o thch hp ni vt qu gi tr gii hn.

VIII. Tham kho:

[1]: Kulicke, B.:Digitalprogramm NETOMAC zur Simulation elektromechanischer und magnetischer Ausgeichsvorgnge in Drehstromnetzen, Elektrizittswirtschaft, Heft 1 (1979), pp.18-23.

[2]: International Standard IEC 71-2: Insulation co-ordination Part 2: Application guide, 1996.

[3]: CIGRE WG 33.01: Guide to procedures for estimating the lightning performance of transmission lines, CIGRE Technical Brochure 63 (1991).

[4]: IEEE Working Group on lightning performance of transmission lines: A simplified method for estimating lightning performance of transmission lines, IEEE Trans PAS 104 (1985), pp.919-927.

[5]: CIGRE WG 33.02: Guidelines for representation of network elements when calculating transients, CIGRE Technical Brochure 39 (1990).

[6]: J.R. Marti: Accurate modelling of frequency- dependent transmission lines in electromagnetic transient simulations, IEEE Trans PAS 101 (1982), pp.147-155.

[7]: W. A. Chisholm, Y.L. Chow, K.D. Srivastava: Travel time of transmission towers, IEEE Trans PAS 104 (1985), pp.2922-2928.

[8]: J. Elovaara, K. Foreman, A. Schei, O. Vlcker: Temporary overvoltages and their stresses on metal oxide surge arresters, Electra 128 (1990), pp.114-125.