Nghiên cứu các biện pháp giảm nhẹ điện áp phục hồi trên đường dây 500Kv Đà Nẵng - Thạnh Mỹ - Pleiku

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(39).2010 NGHIÊN CỨU CÁC BIỆN PHÁP GIẢM ĐIỆN ÁP PHỤC HỒI TRÊN ĐƯỜNG DÂY 500KV ĐÀ NẴNG-THẠNH MỸ-PLEIKU A RESEARCH ON METHODS TO REDUCE RECOVERY VOLTAGE ON 500KV DA NANG-THANH MY-PLEIKU TRANSMISSION LINE Trần Vinh Tịnh Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng Lương Hữu Nhân Công ty CP Tư vấn Xây dựng điện 4 TÓM TẮT Nghiên cứu các biện pháp và ứng dụng các thiết bị nhằm giảm giá trị điện áp phục hồi trên đường dây truyền tải siêu cao áp 500kV như: Lắp điện trở song song với tiếp điểm chính máy cắt (MC); Lắp điện trở phi tuyến vào từng pha MC xuống đất ; Lắp tụ điện song song với tiếp điểm chính MC; Lắp tụ điện vào từng pha MC xuống đất; Nối tắt tụ bù dọc bằng MC bypass (nối tắt sau khi xảy ra sự cố và trước khi tiếp điểm máy cắt mở), kết hợp hai trong các biện pháp trên với mục đích giúp ích cho việc chế tạo, thiết kế, lựa chọn, vận hành máy cắt an toàn và kinh tế. Đây là một vấn đề đang rất cần thiết cho hệ thống điện. Bài báo này trình bày các biện pháp và ứng dụng các thiết bị giảm điện áp phục hồi trên đường dây 500kV Đà Nẵng-Thạnh Mỹ-Pleiku. Thực hiện mô phỏng trường hợp máy cắt ngắt mạch cho giá trị điện áp phục hồi cao nhất và các trường hợp ứng dụng các thiết bị nêu trên bằng phần mềm EMTP(Electro Magnetic Transients Program). Kết quả cho thấy các biện pháp đơn giản, áp dụng cho hệ thống điện siêu cao áp 500kV ở Việt nam có tính khả thi cao. ABSTRACT It is essential for the power system to study the methods and application equipment to reduce the value of recovery voltage on 500kV super high voltage transmission lines by installing a resistor in parallel with the main-contact of a circuit breaker (CB), a nonlinear resistor between each phase of the CB with ground, or a capacitor between each phase of the CB with ground, by using a bypass serial-capacitor or a bypass circuit breaker (using a bypass after the occurrence of faults and before opening contacts of a circuit breaker), or by combining two of these measures for the purpose of manufacturing, designing, selecting and operating circuit breakers safely and economically. This paper presents methods and application equipment to reduce the recovery voltage on the 500kV Danang-Thanhmy-Pleiku Transmission Line. The performance of simulation for isolated short circuit case received results of the highest value in recovery voltage and cases of equipment application by using the Electro Magnetic Transients Program (EMTP) Software. The results show that the simple methods applied for the 500kV super high voltage power system is really feasible in Vietnam. 1. Đặt vấn đề [6], [7], [10] Điện áp phục hồi (RV: Recovery voltage) trong máy cắt (MC) là điện áp xuất hiện giữa hai đầu cực của MC khi cắt sự cố. Điện áp này được xét trong hai khoảng thời gian liên tục: Khoảng thời gian ban đầu tồn tại điện áp quá độ (dao động cao tần) hay gọi điện áp quá độ phục hồi (TRV) khoảng thời gian kế tiếp tồn tại điện áp xác lập ở tần 248 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(39).2010 số công nghiệp. Trong quá trình mở tiếp điểm MC, hồ quang xuất hiện và dòng điện qua máy cắt giảm dần về giá trị zero. Sự phản ứng của hệ thống đến dòng cắt là nguyên nhân sinh ra TRV (Transient recovery voltage). Nói cách khác trong hệ thống, điện áp phản ứng từ phía nguồn đến tải qua MC gọi là TRV, đây là thông số quyết định giới hạn cắt của MC. Thao tác cắt sẽ thành công nếu MC có khả năng chịu Hình 1. Dạng sóng điện áp phục hồi đựng được TRV và điện áp phục hồi ở tần số công nghiệp (hình 1). Có hai thông số quan trọng trong nghiên cứu TRV là: Biên độ cực đại mà thành phần quá điện áp này đạt được, phụ thuộc vào giá trị điện áp vận hành bình thường của hệ thống, nó thể hiện đặc tính cắt của máy cắt điện và đặc tính của tốc độ gia tăng TRV là RRRV (rate of rise of recovery voltage) quyết định sự thành công của quá trình cắt mạch hoặc thất bại (phóng điện trở lại giữa hai cực tiếp xúc của máy cắt), phụ thuộc vào tần số dao động trong suốt quá trình ngắt mạch. Hai thông số này quan trọng trong việc thiết kế, chế tạo cũng như vận hành MC. Có nhiều nguyên nhân dẫn đến mức TRV cao xuất hiện trên MC như: Cắt ngắn mạch, cắt đường dây không tải, cắt đột ngột dòng tải và đóng mở ngược pha. 2. Các yếu tố ảnh hưỡng đến TRV và các biện pháp giảm TRV và RRRV [1], [2], [4], [6], [8], [9] Giá trị TRV không những phụ thuộc vào chế độ phụ tải mà còn phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố ngẫu nhiên khác. Các yếu tố ngẫu nhiên này bao gồm: - Các chế độ cắt MC: như cắt sự cố, cắt không tải, đóng mở ngược pha 1800 . - Các dạng sự cố ngắn mạch: một pha, 2 pha - đất, 2 pha, 3 pha. - Vị trí sự cố. - Thời điểm mở các cực của máy cắt. - Chế độ vận hành của hệ thống. Để có thể tìm ra được giá trị TRV lớn nhất có thể, cần phải tính toán với các chế độ phụ tải khác nhau và các dạng sự cố khác nhau. Đối với mỗi đường dây, các dạng sự cố cần được mô phỏng và tính toán cho nhiều điểm sự cố khác nhau. Do giá trị TRV phụ thuộc rất nhiều vào thời điểm sự cố cũng như thời điểm mở các cực của MC. Vì vậy, khi tính toán giá trị TRV nhất thiết phải tính đến sự phấn bố xác suất của các thời điểm này. Phần mềm EMTP cho phép mô phỏng xác suất thời điểm sự cố và thời điểm mở các cực tiếp xúc của MC được thực hiện bằng các khoá xác suất (statistical switch). Do đó đối với từng dạng mô phỏng sự cố, 100 tính toán với thời điểm sự cố và thời điểm mở các cực MC là ngẫu nhiên (hình 1). - Thời điểm sự cố được là giá trị ngẫu nhiên theo phân bố đều trong khoảng 0,015 ± 0,00577 sec. 249 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(39).2010 - Thời điểm mở máy cắt là giá trị ngẫu nhiên theo phân bố đều trong khoảng 0,05 ± 0,00577 sec. PLEIKU D1 THẠNH MỸ D2 Df Thời điểm sự cố Df Lệnh cắt D1 và D2 0 5 1 2 4 5 6 ms Hình 2. Khung thời gian sự cố Df và thời điểm cắt máy cắt D1, D2 Để giảm TRV và RRRV có thể sử dụng một số biện pháp sau: Lắp điện trở song song với tiếp điểm chính MC; Lắp điện trở phi tuyến vào từng pha MC xuống đất ; Lắp tụ điện song song với tiếp điểm chính MC; Lắp tụ điện vào từng pha MC xuống đất; Nối tắt tụ bù dọc bằng MC bypass khi xảy ra sự cố trên đường dây (nối tắt sau khi xảy ra sự cố và trước khi tiếp điểm máy cắt mở), kết hợp hai trong các biện pháp trên…. 3. Phân tích các biện pháp giảm giá trị TRV trên đường dây 500KV Đà Nẵng – Thạnh Mỹ - Pleiku, mô phỏng bằng phần mềm Emtp (Electro-Magnetic Transient Program) 3.1. Giới thiệu [3], [5], [11]. Đường dây 500kV Đà Nẵng-Thạnh Mỹ-Pleiku hình thành trên đường dây 500kV Đà Nẵng-Pleiku (mạch 1) sau khi đưa trạm biến áp 500kV Thạnh Mỹ vào vận hành, dự kiến vào năm 2015, có công suất 2x450MVA được xây dựng tại huyện Nam Giang, tỉnh Quảng Nam, cách TBA 500kV Đà Nẵng 76km và cách TBA 500kV Pleiku 203km, với mục đích chuyển nguồn công suất từ các NMTĐ Xekaman 3, Sông Bung 2, 4, Đăk Mi 1, 4, …lên hệ thống 500kV. Đoạn đường dây 500kV Thạnh Mỹ - Đà Nẵng có chiều dài 76km và không có tụ bù dọc, giá trị TRV không đáng kể. Đoạn đường dây 500kV Thạnh Mỹ - Pleiku có chiều dài 203km và có tụ bù dọc, giá trị TRV rất cao nên việc tính toán và nghiên cứu biện pháp giảm giá trị TRV cũng như RRRV rất cần thiết nhằm thuận lợi cho việc lựa chọn MC hợp lý và giá thành hạ. Để phân tích sự thay đổi giá trị TRV, RRRV ứng với mỗi biện pháp do các dạng sóng TRV, RRRV của các dạng cũng như vị trí sự cố trên đường dây có hình dạng gần giống nhau, nên ở đây chỉ xét dạng sóng tiêu biểu cho dạng sự cố và vị trí sự cố cho giá trị TRV cực đại, cụ thể ngắn mạch 2 pha tại điểm 1 (hình 2), kết quả tính toán tương ứng cho MC phía Thạnh Mỹ, tại TBA 500kV Thạnh Mỹ. 250 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(39).2010 PLEIKU THẠNH MỸ 1 2 3 4 5 D1 90km 113km D2 Hình 3. Thứ tự vị trí sự cố trên đường dây 500kV Thạnh Mỹ-Pleiku 3.2. Kết quả mô phỏng bằng phần mềm EMTP 3.2.1. Chưa lắp thiết bị giảm TRV và RRRV Xét trường hợp ngắn mạch pha – pha, sự cố tại điểm 1 ở chế độ phụ tải cực đại của hệ thống điện Việt Nam vào năm 2015. Cho giá trị TRV = 3,25pu; RRRV = 0,355kV/µs và dòng ngắn mạch qua máy cắt INM = 3,9kA. Được mô tả trên hình 3. Hình 3a. Dạng sóng TRV 3 pha MC Hình 3b. Dạng sóng RRRV pha B MC 3.2.2. Lắp điện trở phi tuyến vào từng pha MC xuống đất phía đường dây. Giá trị TRV = 2,8pu; RRRV = 0,316kV/µs và dòng ngắn mạch qua máy cắt INM = 3, 76kA. Được mô tả trên hình 4. Hình 4a. Dạng sóng TRV 3 pha MC Hình 4b. Dạng sóng RRRV pha B MC 251 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(39).2010 3.2.3. Lắp tụ điện song song với tiếp điểm chính máy cắt đồng thời lắp điện trở phi tuyến vào từng pha MC xuống đất phía đường dây. Giá trị TRV = 2,5pu; RRRV = 0,165kV/µs và dòng ngắn mạch qua MC INM = 4,8kA. Được mô tả trên hình 5. Hình 5a. Dạng sóng TRV 3 pha MC Hình 5b. Dạng sóng RRRV pha C MC 3.2.4. Lắp điện trở song song với tiếp điểm chính máy cắt. Giá trị TRV = 2,5pu; RRRV = 0,417kV/µs, dòng ngắn mạch qua MC INM = 3,6kA. Được mô tả trên hình 6. Hình 6a. Dạng sóng TRV 3 pha MC Hình 6b. Dạng sóng RRRV pha B MC 3.2.5. Lắp điện trở song song với tiếp điểm chính máy cắt và lắp điện trở phi tuyến vào từng pha MC xuốngs đất phía đường dây. Giá trị TRV = 2,15pu; RRRV = 0,28kV/µs, dòng ngắn mạch qua MC INM = 3,8kA. Được mô tả trên hình 7. 252 ... - tailieumienphi.vn