Nghiên cứu quá điện áp nội bộ chế độ cuối đường dây hở mạch, áp dụng mô hình hoá đoạn Pleiku-Phú Lâm bằng chương trình ATP-EMTP để khảo sát quá điện áp

- Họ và tên: Phạm Thành chung Nghiên cứu quá điện áp nội bộ chế độ cuối đ−ờng dây hở mạch , áp dụng mô hình hoá đoạn pleiku – phú lâm bằng ch−ơng trình atp – EMTP để khảo sát qúa điện áp Chuyên ngành: Hệ thống điện Luận văn thạc sĩ hệ thống điện Ng−ời h−ớng dẫn khoa học: TS trần văn tớp Hà Nội: 12-2004 Mục lục Mục lục 1 Mở đầu 3 Ch−ơng I.
- Qúa điện áp nội bộ trên đ−ờng dây dài ở chế độ cuối 9 đ−ờng dây hở mạch.
- Tổng quan về quá điện áp trên đ−ờng dây dài ở chế độ cuối 9 đ−ờng dây hở mạch.
- Ph−ơng pháp tính quá điện áp trên ĐDD hở mạch đầu cuối 19 với hệ số hằng.
- Ph−ơng trình của ĐDD khi có xét đến ảnh h−ởng của vầng quang.
- Các biện pháp giảm quá điện áp thao tác trong hệ 41 thống điện siêu cao áp.
- 41 2.2 Biện pháp giảm quá điện áp bằng kháng bù ngang.
- 42 2.3 Biện pháp giảm quá điện áp bằng tụ bù dọc.
- 95 4.3.3 Tr−ờng hợp thao tác đóng mạch 2 trong chế độ đ−ờng dây 105 đang mang tải.
- 118 Tài liệu tham khảo 119 PHụ lục 2 Mở đầu Từ tháng 4 năm 1994, đ−ờng dây 500 kV Bắc - Nam đ−ợc đ−a vào vận hành sau 2 năm khẩn tr−ơng thiết kế và thi công.
- Kể từ khi vận hành đến nay, đ−ờng dây đã đóng góp một vai trò vô cùng to lớn trong phát triển kinh tế xã hội thông qua việc tăng c−ờng, hỗ trợ cung cấp liên tục với chất l−ợng cao cho các hệ thống điện miền tại các thời điểm khác nhau của năm.
- Đ−ờng dây tải điện 500 kV Bắc - Nam là phần tử nối liền hệ thống điện các miền, hình thành hệ thống điện thống nhất trong cả n−ớc đồng thời là trục x−ơng sống của hệ thống điện Việt Nam.
- Ngay sau khi đóng điện giai đoạn I, đ−ờng dây tải điện 500 kV Bắc - Nam đã đ−ợc phát huy tác dụng của nó trong việc truyền tải năng l−ợng đang d− thừa của hệ thống điện miền Bắc vào miền Nam, giải quyết đ−ợc khó khăn phải cắt điện tràn lan ở miền Nam do thiếu nguồn tr−ớc đó.
- Giai đoạn II, cấp điện cho hệ thống điện miền Trung từ đ−ờng dây 500 kV, đã đánh dấu một b−ớc ngoặt trong việc cung cấp điện và nâng cao chất l−ợng điện năng đối với các tỉnh miền Trung.
- Trạm 500 kV Nhận vào Hoà Bình Phát từ Hòa Bình Nhận vào Hà Tĩnh 220 314 Nhận vào Đà Nẵng Nhận vào Pleiku Phát từ Ialy Nhận vào Phú Lâm Phát từ Phú Lâm Việc quá tải này có thể sẽ còn kéo dài trong các năm tới cho đến khi có mạch 2 đ−ờng dây 500 kV đ−a vào vận hành.
- Để đảm bảo cung cấp điện an toàn cho miền Bắc, việc xây dựng mạch 2 đ−ờng dây 500 kV Đà Nẵng – Hà Tĩnh – Nho Quan, đ−ờng dây 500 kV Nho Quan –Th−ờng Tín và hoàn thành xây dựng xong mạch 2 Pleiku – Phú Lâm là rất cần thiết không chỉ những năm thiếu điện của miền Bắc mà còn có lợi ích cho cả những năm sau này.
- Đối với những đ−ờng dây siêu cao áp (DDSCA), một trong những vấn đề khi thiết kế xây dựng đ−ờng dây SCA là vấn đề quá điện áp nội bộ.
- Hệ thống điện đ−ợc xem nh− một tổng thể gồm các phần tử R, L, C, trong đó L, C là các phần tử cấu thành mạch dao động và dẫn đến điện áp tăng cao trong nội bộ hệ thống điện.
- Những dao dộng có tần số bằng hoặc t−ơng ứng với tần số nguồn sẽ gây nên quá điện áp duy trì.
- Những dao động này ( th−ờng đ−ợc gọi là dao động cao tần ) sẽ gây nên quá điện áp quá độ hoặc còn đ−ợc gọi là quá điện áp thao tác.
- ở SCA và CCA, quá điện áp nội bộ trở thành nguy cơ số một đối với cách điện của hệ thống điện vì ở điện áp càng cao thì độ dự trữ an toàn của cách điện càng thấp.
- Bảng 3 cho các trị số tính toán của quá điện áp nội bộ (biểu thị qua p.u.
- Điện áp định mức ( kV) 110ữ Qúa điện áp nội bộ tính toán (p.u Trong nhiều tr−ờng hợp thực tế quá điện áp nội bộ đã v−ợt qua giới hạn thiết kế nêu trên.
- do đó ở các hệ thống điện này bắt buộc phải có các thiết bị bảo vệ chống quá điện áp nội bộ.
- Khi vận hành ở đ−ờng dây siêu cao áp và đ−ờng dây dài, vấn đề quá điện áp nội bộ càng trở nên trầm trọng bởi lý do.
- Khi đ−ờng dây không tải hoặc hở mạch ở đầu cuối dòng điện trên đ−ờng dây là dòng điện dung ( IC.
- Dòng điện này đi khi đi qua điện kháng của nguồn và của đ−ờng dây sẽ gây tăng áp phía đ−ờng dây.
- Vì độ lớn của dòng điện dung tỷ lệ với chiều dài đ−ờng dây nên khi đ−ờng dây càng dài thì hậu quả tăng áp nói trên càng trầm trọng.
- Trong tr−ờng hợp đặc biệt khi đ−ờng dây có chiều dài 1500 km thì điện áp đầu cuối hở mạch của đ−ờng dây sẽ tăng vô cùng.
- Đ−ờng dây dài là một mạch dao động nhiều tần số xác định theo: fK=(2K+1)f0 f0= (v/4.l) 6 trong đó: v-tốc độ truyền sóng trong không khí, có trị số bằng tốc độ ánh sáng.
- l - chiều dài đ−ờng dây.
- Các tần số này tỷ lệ nghịch với chiều dài đ−ờng dây.ở chiều dài đ−ờng dây 1500 km thì tần số dao động cơ bản ( tần số f0) có trị số bằng 50 Hz còn ở chiều dài 500 km thì f0 bằng 150 Hz.
- *Phân loại quá điện áp nội bộ trong hệ thống điện: Các thao tác đóng cắt trong hệ thống điện sẽ gây nên sự thay đổi tham số trong mạch điện và làm xuất hiện các quá trình quá độ bằng dao động L-C.
- Những dao động này (th−ờng là các dao động cao tần) sẽ gây nên quá điện áp quá độ hay còn gọi là quá điện áp thao tác.
- Quá điện áp chuyển mạch giữa các pha – tác động lên cách điện giữa các pha.
- Quá điện áp chuyển mạch giữa các tiếp điểm – xuất hiện giữa các tiếp điểm đang mở của các thiết bị khi thao tác (máy cắt, cầu dao.
- Quá điện áp chuyển mạch pha – tác động lên cách điện của các thành phần dẫn điện đối với đất.
- Quá điện áp khi chuyển mạch đ−ờng dây non tải.
- Quá điện áp khi đóng đ−ờng dây hở mạch.
- Quá điện áp khi tự động đóng lại hay tự động đóng nguồn dự phòng.
- Quá điện áp chuyển mạch khi cắt các tụ điện tập trung và đ−ờng dây không tải.
- 7 + Quá điện áp khi cắt các dòng điện ngắn mạch.
- Quá điện áp khi cắt các dòng điện cảm nhỏ.
- Mục tiêu của đề tài là tìm hiểu tổng quan về quá điện áp nội bộ trên đ−ờng dây dài ở chế độ cuối đ−ờng dây hở mạch.Tính quá điện áp và lựa chọn dung l−ợng bù khi đóng, cắt mạch 2 Pleiku -Phú Lâm.
- ứng dụng ch−ơng trình phần mềm ATP để tính toán qúa điện áp nội bộ trên đoạn đ−ờng dây Pleiku – Phú Lâm.
- 8 Ch−ơng I Qúa điện áp nội bộ trên đ−ờng dây dài ở chế độ cuối đ−ờng dây Hở mạch Ta đã biết đến một dạng quá điện áp trên đ−ờng dây dài đó là quá điện áp duy trì , nó có tần số bằng hoặc t−ơng ứng với tần số công nghiệp và duy trì trong thời gian dài.
- ở ch−ơng này ta sẽ nghiên cứu đến dạng quá điện áp quá độ xuất hiện trong quá trình quá độ của thao tác đóng mạch đ−ờng dây dài.
- Tổng quan về quá điện áp trên đ−ờng dây dài ở chế độ cuối đ−ờng dây hở mạch.
- Đặc điểm của quá điện áp nội bộ trên đ−ờng dây dài ở chế độ cuối đ−ờng dây hở mạch.
- Trên các đ−ờng dây dài (ĐDD) trong nhiều tr−ờng hợp xảy ra chế độ làm việc cuối đ−ờng dây hở mạch.
- U xác lập không tảiHình 1 9 Đồ thị hình 1 cho thấy các giai đoạn biến đổi điện áp khi đóng đ−ờng dây ở chế độ không tải.
- ở giai đoạn III do có tác động của điều chỉnh điện áp, trị số điện áp giảm dần cho tới trị số xác lập mới (giai đoạn IV).
- Giai đoạn I và II có thể xuất hiện quá điện áp với các giá trị lớn nhất.
- Giai đoạn II là chế độ làm việc cuối đ−ờng dây hở mạch hay còn gọi là chế độ không tải xác lập đ−ợc đề cập ở ch−ơng này.
- Để hạn chế quá điện áp trong chế độ làm việc cuối đ−ờng dây hở mạch (đặc biệt với các ĐDD quá điện áp này rất lớn) cần có các biện pháp kỹ thuật để hạn chế quá điện áp trên đ−ờng dây đến giới hạn cho phép.
- Tuỳ theo công suất, vị trí đặt và số l−ợng, kháng điện sẽ hạn chế đ−ợc quá điện áp trên đ−ờng dây trong chế độ không tải xác lập.
- Các ph−ơng pháp tính quá điện áp ở chế độ cuối đ−ờng dây hở mạch hiện nay.(Tài liệu tham khảo [14]) Các ph−ơng trình cơ bản của ĐDD đ−ợc tính xuất phát từ mô hình thay thế của một vi phân chiều dài của ĐDD theo hình 2 xét tới các tham số phân bố.
- Ph−ơng trình vi phân của hệ ở hình 2.
- Cho đến nay ch−a có một lời giải tổng quát để tính tới đầy đủ các tham số trên mà th−ờng là đơn giản hoá từng phần .Theo V.A.Venikov [14] ta có: Ph−ơng pháp 1: Bỏ qua R0 và G0, bỏ qua mọi dạng tổn hao, các tham số còn lại L0 và C0 giữ không đổi trong quá trình tính toán.
- Ph−ơng pháp 2: Có xét đến tổn hao do điện trở R0 và đ−ợc một mô hình gồm các tham số C0, L0, R0 nh−ng đã bỏ qua ảnh h−ởng của vầng quang và còn xem C0 là một hằng số.
- 11 Ph−ơng pháp 3: Đ−a vào đầy đủ các tham số, có tính đến ảnh h−ởng của vầng quang nh−ng chỉ là nêu một cách định tính, không có thuật toán chứng minh và cũng ch−a vận dụng vào tính toán cụ thể.
- Ph−ơng pháp 1: Ph−ơng pháp này là ph−ơng pháp tính toán đơn giản nhất.
- Theo ph−ơng pháp 1, từ ph−ơng trình cơ bản của đ−ờng dây dài ở tần số công nghiệp viết d−ới dạng phức 1.2.
- ảnh phức của áp và dòng ở đầu và cuối đ−ờng dây.
- β Với α : hệ số tắt β: hệ số biến đổi pha Khi bỏ qua Ro và Go thì (1.2) trở thành β+β=β+β=••••••lcosIlsinZUjIlsinZIjlcosUUll0ll0 (1.5) 12 Trong (1.5) ooooC.LCLZω=β= Thông th−ờng với các đ−ờng dây 500 kV (dây dẫn 3AC0400 hoặc 3AC0500).
- 500 pF/km Z Ω β rad/km Thông th−ờng với các đ−ờng dây hở mạch nghĩa là từ (1.5) ta có: 0=•pI ⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧β=β=••••lsinZUjIlcosUU1010 (1.6) Hệ số truyền đạt áp lúc này: lcos1UUkolβ== (1.7) Khi l = 1500 km (đ−ờng dây 1/4 b−ớc sóng) Thì βl = π / 2 và cosβl → 0, quá điện áp trên đ−ờng dây về lý thuyết có thể tiến tới vô cùng lớn.
- Để thấy hiện t−ợng trên ta đi từ ph−ơng trình vi phân của ĐDD bỏ qua Ro và Go đ−ợc nối vào nguồn có 13 trị số không đổi tuCxitiLxuoo (1.8) Từ (1.8.
- Do ĐDD đ−ợc nối với nguồn áp có trị số không đổi và đ−ờng dây hở mạch đầu cuối nên ta có điều kiện biên (1.12).
- (1.13) 14 Và υ−=∑∞−∞=kpktppooot,xpoopkkkF.pe.HFHUUp.FpH.Ulch.pxlch.UU (1.14) pk : Là các nghiệm của ph−ơng trình F(p.
- Điện áp u( x,t) gồm 2 thành phần: thành phần xác lập Uo và thành phần quá độ hình thành bởi các dao động có biên độ dao động AK và tần số ϖk.
- lv.21k2kπ+=ω (1.16) Tần số này không chỉ phụ thuộc vào k mà còn phụ thuộc vào chiều dài đ−ờng dây l: fk = (2k + 1).fo (1.17) Với f0 = l.4v Sự biến đổi của tần số cơ bản fo theo chiều dài đ−ờng dây đ−ợc cho 15 trong bảng (1.1).
- Bảng (1.1): Chiều dài đ−ờng dây l (km Tần số cơ bản fo (Hz Từ bảng (1.1) thấy rõ ở chiều dài đ−ờng dây là 1500 km.
- (1/4 b−ớc sóng) tần số cơ bản của dao động áp trên đ−ờng dây trùng với tần số công nghiệp của nguồn.
- Trong thực tế trị số quá điện áp không thể lớn đến vô cùng đ−ợc vì sự tồn tại của các tham số tổn hao Ro và Go.
- Ph−ơng pháp 2: Ph−ơng pháp này tiến bộ hơn ph−ơng pháp 1 ở chổ xét thêm ảnh h−ởng của tổn hao Ro trên đ−ờng dây vào mô hình toán.
- Và do đó: 1l.Z2Rcho≈ và Z2l.RZ2l.Rsho.o≈ Từ đây dẫn đến biểu thức giữa điện áp đầu và cuối đ−ờng dây trong tr−ờng hợp cuối đ−ờng dây hở mạch.
- ⎟⎠⎞⎜⎝⎛β+β=••lsin.Z2l.RjlcosUUo21 (1.24) Với U1 là điện áp ở đầu đ−ờng dây, U2 là điện áp ở cuối đ−ờng dây.
- Đ−ờng dây 500 kV có chiều dài l = 1500km , dây dẫn 3AC0500 Khi đó: lần20UU12= Có thể thấy rõ d−ới ảnh h−ởng của tổn hao Ro số bội quá điện áp nội bộ không tăng vô cùng nh− đã thấy khi sử dụng ph−ơng pháp 1.
- Mặc dù vậy ph−ơng pháp này vẫn ch−a hoàn chỉnh vì nó vẫn bỏ qua tham số Go và bỏ qua ảnh h−ởng của vầng quang trên ĐDD.
- Ph−ơng pháp 3: Tiến bộ hơn ph−ơng pháp trên đã đề cập đến việc đ−a đầy đủ cả 4 tham số Ro, Lo, Go, Co vào mô hình ĐDD với các mức tính toán sau: 17 Mức A: Quan niệm tính cả 4 tham số nh−ng ch−a chứng minh bằng toán học các biểu thức của υ, α, β, zc t−ơng ứng và cũng vẫn ch−a kể đến ảnh h−ởng của vầng quang (nghĩa là nếu có nêu đầy đủ vẫn coi các tham số ấy là hằng số).
- Nh−ợc điểm chung của tất cả các ph−ơng pháp nêu trên là ch−a đ−a ra đ−ợc ảnh h−ởng của vầng quang vào ph−ơng trình tính toán ĐDD.
- Do ảnh h−ởng của vầng quang nên trị số quá điện áp ở chế độ cuối đ−ờng dây hở mạch sẽ giảm đi nhiều so với khi không tính tới vầng quang.
- Nếu mô tả đ−ợc ảnh h−ởng này sẽ tính đ−ợc các giá trị thực của các kháng điện đặt trên ĐDD để hạn chế quá điện áp tới trị số cho phép.
- Khi xuất hiện vầng quang các tham số đ−ờng dây dài sẽ là Ro, Lo, Co và Go.
- Ngoài ra còn có vầng quang điện tích mà nguồn phải cung cấp cho đ−ờng dây tăng lên dẫn đến việc tăng trị số Go, nh− vậy lúc đó Co trở thành Co'.
- Cách tính Go' và Co' nh− sau oo'ooo'oCCCGGG Trong ηω=∆⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−θ=∆UU1.C.G1UUCCvqoovqoo (1.26) Trong đó: Uvq: Điện áp phát sinh vầng quang θ, η : Các hệ số có trị số nh− sau: θ η Từ đó ta có các biểu thức của hệ số truyền sóng υ và điện trở sóng Zc theo ω+ω+=ω+ω+=υ'o'oooc'o'oooC..jGL..jRZC..jGL.jR (1.27) Các hệ số η, θ do các tác giả đ−a ra là các hệ số đ−ợc đúc kết bằng kinh nghiệm vận hành và số liệu thực nghiệm nên tuy rằng chúng ch−a đ−ợc chứng minh chặt chẽ bằng lý thuyết song có thể dùng đ−ợc trong tính toán.
- Trong ch−ơng này, luận án sẽ trình bày các tính toán lý thuyết để xác định quá điện áp trên ĐDD kể tới đầy đủ các tham số và ảnh h−ởng của vầng quang trong đó có sử dụng các tham số Go' và Co' theo .
- Ph−ơng pháp tính quá điện áp trên ĐDD hở mạch đầu cuối với hệ số hằng.
- Ph−ơng trình ĐDD khi có đầy đủ các tham số và khi chúng là hằng số.
- Trên hình 2 , ta xét một vi phân dx của ĐDD cách điểm đầu đ−ờng dây một khoảng x với các tham số của một đơn vị dài ĐDD: Ro, Lo, Go, Co (xem 19 mục 1.1.2).
- Từ các định luật Kierkhoff I viết cho nút x và II viết cho mạch vòng đã đi đến hệ ph−ơng trình vi phân cho ĐDD.
- tuCuGxiti.LiRxuoooo (1.28) Trong hệ (1.28) áp u và dòng i trên đ−ờng dây là các biến trạng thái biến đổi theo chiều dài và thời gian.
- Khi chỉ xét ở trạng thái xác lập và nguồn là điện áp xoay chiều ở tần số công nghiệp, hệ ph−ơng trình trên đ−ợc viết lại d−ới dạng phức: ⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧ω=ω=••••IjdtIdUjdtUd (1.29) Ta đi đến ph−ơng trình ω+=ω+=−=ω+=ω ooooooooooYUCjGUUCjUGdxIdZILjRIILjIRdxUd (1.30) Zo= Ro + jωLo .
- Đạo hàm tiếp (1.30) theo biến x sẽ đ−ợc ooo22ooo22YZIdxYUddxIdYZUdxZIddxUd (1.31) 20 Đặt ZoYo = υ2 → υ()()ooooLjRCjG ϖ+ϖ+= Sẽ đi đến hệ ph−ơng trình vi phân cơ bản của ĐDD.
- ••••υ=υ=IxdIdUxdUd Nghiệm tổng quát của hệ trên có dạng υ−υ•υ−υ•x2x1cxx2x1xekekZ1IekekU (1.33) Với oooooocYZC..jGLjRZ =ω+ω+= Công thức (1.33) cho phép xác định dòng điện và điện áp tại các điểm bất kỳ trên đ−ờng dây cả về trị số lẫn góc pha.
- Thông th−ờng ph−ơng trình cơ bản của ĐDD đ−ợc thể hiên bởi quan hệ dòng và áp giữa hai điểm và chuyển về dạng l−ợng giác Hyperbolic.
- Trong tr−ờng hợp tổng quát đó là quan hệ dòng áp giữa hai điểm 1 và 2 bất kỳ trên đ−ờng dây.
- j.2.α β t−ơng thích với hệ hai ph−ơng trình thực (1.40) d−ới đây: ()()⎪⎩⎪⎨⎧βα=+ωβ−α=ω−b.2GLRC aLCGRoooo22oo2oo() (1.40) Từ (1.40.b) ta đ−ợc: αω+ω=β2GL.RCoooo oooo24GL.RCαω+ω=β (1.42) Thay (1.42) vào (1.40.a), ta có: 4 α4 - 4 α2(RoGo - ω2CoLo.
- 0 22 Đây là ph−ơng trình trùng ph−ơng, với: a = 4 b.
- 16 ω4Lo2Co2⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛ω+ω+ω++2o22o2o22o2o2o42o2oLRCGCLGR1 = 16 ω4Lo2Co2⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛ω+2o22oLR1⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛ω+2o22oCG1 ⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛ω+⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛ω+ω=∆2o22o2o22ooo2CG1LR1CL4 Thông th−ờng với các đ−ờng dây siêu cao áp (ví dụ với đ−ờng dây 500 kV dây dẫn 3AC0500) Ta có: Ro Ω/km Lo H/km Co F/km Go Ωkm Do đó: ()()23242o22o LR−−=ω

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt