zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Luận Văn - Báo Cáo

» Báo cáo khoa học

Báo cáo nghiên cứu khoa học: " HIỆU QUẢ TÁC ĐỘNG CỦA THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG HẠN CHẾ DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH"

Chia sẻ: Nguyễn Phương Hà Linh Linh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:7

Báo xấu

86
lượt xem 9
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài báo trình bày về tính khả thi trong việc ứng dụng các thiết bị tự động hạn chế dòng điện ngắn mạch trong lưới điện phân phối ở Việt Nam hiện nay. Đồng thời phân tích và so sánh quá trình động học xảy ra trong quá trình quá độ khi có sự cố ngắn mạch ở lưới điện phân phối đối với đường dây có lắp đặt và không lắp đặt thiết bị tự động hạn chế dòng. Các kết quả mô phỏng nhận được bằng phần mềm chuyên dụng ATP cho thấy sự tác động tức thời...

Chủ đề:

Bình luận(1) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Báo cáo nghiên cứu khoa học: " HIỆU QUẢ TÁC ĐỘNG CỦA THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG HẠN CHẾ DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH"

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 2(37).2010 HIỆU QUẢ TÁC ĐỘNG CỦA THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG HẠN CHẾ DÒNG ĐIỆN NGẮN MẠCH EFFECTIVE IMPACTS OF AUTOMATIC FAULT CURRENT LIMITERS Lê Thành Bắc Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng TÓM TẮT Bài báo trình bày về tính khả thi trong việc ứng dụng các thiết bị tự động hạn chế dòng điện ngắn mạch trong lưới điện phân phối ở Việt Nam hiện nay. Đồng thời phân tích và so sánh quá trình động học xảy ra trong quá trình quá độ khi có sự cố ngắn mạch ở lưới điện phân phối đối với đường dây có lắp đặt và không lắp đặt thiết bị tự động hạn chế dòng. Các kết quả mô phỏng nhận được bằng phần mềm chuyên dụng ATP cho thấy sự tác động tức thời và khả năng linh hoạt cho phép thay đổi mức hạn chế dòng điện ngắn mạch trong lưới điện của thiết bị tự động hạn chế dòng kiểu máy biến áp. ABSTRACT This paper presents a feasible application of automatic fault current limiters (FCL) to the power distribution grid in Vietnam. In addition, it analyses and compares electromagnetic transient results of two cases with/without automatic FCLs when short circuits occur in the distribution network. The simulation of the transformer type automatic fault current limiters can be obtained by specific Alternative Transients Program (ATP). The results indicate that the automatic fault current limiters response is immediate and flexible, creating a change in the short circuit of the transformer type automatic fault current limiters in the power grid. 1. Đặt vấn đề Hiện nay, các thiết bị tự động hạn chế dòng điện ngắn mạch trên lưới điện phân phối đã được lắp đặt trong hệ thống điện của nhiều nước trên thế giới. Các thiết bị này cho phép tự động tăng nhanh tổng trở của đường dây khi có sự cố ngắn mạch xảy ra để làm giảm biên độ của dòng ngắn mạch xung kích qua các máy ngắt, máy biến áp và các thiết bị trên đường dây, đồng thời tự động trở về trạng thái ban đầu khi sự cố được loại trừ. Lắp đặt các thiết bị này cho phép tăng hơn đáng kể dòng cắt so với giá trị dòng cắt định mức của máy ngắt và dòng điện ngắn mạch tính toán của các máy biến áp lực mà không cần phải thay nâng cấp mới lưới điện khi mà phụ tải phát triển thêm đáng kể. Bộ tự động hạn chế dòng ngắn mạch kiểu máy biến áp (TOY) là thiết bị cho phép tự động hạn chế dòng ngắn mạch tác động nhanh gần như tức thời và có thể thay đổi dễ dàng mức hạn chế dòng điện ngắn mạch trong phạm vi rộng. Cấu trúc đơn giản gồm mạch tụ điện và máy biến áp nối song song (Hình 1,a), khi dòng trong lưới điện tăng lên đến giá trị đặt của TOY thì tổng trở của thiết bị TOY tăng đột ngột làm giảm nhanh dòng trên đường dây xuống lại. Trong chế độ làm việc bình thường của lưới điện thì máy biến áp 10
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 2(37).2010 trong thiết bị TOY làm việc không tải và thiết bị tương ứng như một tụ điện bù dọc trong hệ thống điện [1]. Hệ thống phân phối điện hiện nay của nước ta có phụ tải phát triển với tốc độ tăng nhanh chóng tới khoảng 16% một năm, và liên tục trong những năm gần đây theo đà phát triển kinh tế. Nếu lắp đặt thiết bị tự động hạn chế dòng ngắn mạch sẽ cho phép tiết kiệm đáng kể việc xây dựng mới các đường dây phân phối hay chi phí đầu tư nâng cấp các thiết bị điện trong các lưới điện hiện nay. Để tiến hành các bước nghiên cứu chi tiết tính kinh tế-kỹ thuật cho thiết kế, đầu tư sản xuất và lắp đặt các thiết bị tự động hạn chế dòng ngắn mạch trong hệ thống phân phối điện thì các nghiên cứu đánh giá hiệu quả tác động của thiết bị này là bước quan trọng và cần thiết. Bài báo này đưa ra kết quả nghiên cứu, khảo sát hiệu quả tác động tức thời của thiết bị tự động hạn chế dòng ngắn mạch kiểu máy biến áp trên đường dây phân phối khi có sự cố ngắn mạch và có so sánh với phương án khi đường dây không có lắp thiết bị này. 2. Ngắn mạch trên đường dây có lắp đặt TOY Phân tích nhằm làm sáng tỏ quá trình động lực học trên đường dây khi xảy ra ngắn mạch đột suất trong khoảng thời gian từ thời điểm xảy ra ngắn mạch đến thời điểm đánh thủng khoảng cách phóng điện bởi tia lửa trong công tắc chân không (ИП) của bộ TOY. Sau khi ИП bị đánh thủng thì máy biến áp trong thiết bị hạn chế dòng đặt trên đường dây có thể coi như tương đương với mạch gồm r, LР tuyến tính (Hình 1,c). Mạch điện thay thế tương đương bởi các phần tử phức để tính toán hệ thống khi làm việc bình thường và quá độ khi có ngắn mạch phía sau TOY như hình.1,b. Phương trình trạng thái biểu diễn quá trình quá độ hệ thống (Hình 1) khi ngắn mạch [2] là: ⎛2 2⎞ 1 ⎛ d 2u(t) 1 du(t) ⎞ d 3i(t) ⎛ 1 1 ⎞ d 2i(t) ⎛ 2 2 ⎞ di(t) ⎜ ω02 ω01 ⎟ 1 i(t) = ⎜ 2 + + ω02u(t)⎟ 2 + ⎜ + ⎟ 2 + ⎜ ω01 + + ω02 ⎟ + + ⎜τ τ ⎟ ⎜ ⎟ dt ⎜ τ Lс ⎜ dt ⎟ τР ⎟ τс τ Р τР dt dt3 ⎝ с Р ⎠ dt ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝с ⎠ Lс XC 1 Trong đó: τ с = = ω αC ; ω01 = =ω Rс X Lс LсC LР XC 1 τР = = ω αР . ; ω02 = =ω (1) r XР LР C Với Rc, Lc, XLc là điện trở, điện cảm và điện kháng của hệ thống tới điểm ngắn mạch (chưa kể TOY), C và XC là điện dung và điện kháng dung của bộ tụ trong TOY; r, Lp và Xp là điện trở, điện cảm và điện kháng thay thế tương đương của máy biến áp trong TOY khi công tắc chân không đã phóng điện; ω là tần số góc của áp nguồn; các hệ số α c = X C / X Lc ; α p = X C / X p . 11
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 2(37).2010 TOY Lc Rc iC uф(t) iкз C ip=iw1 W1 a) N W2 ИП b) jXTOY jXLc Rc Uф I кз uTOY= uC Lc Rc it iC C c) ip r Lp sin[ ω ( t + t 0' ) + ψ ut = U ] m u Hình.1. Sơ đồ nguyên lý biểu diễn một pha của đường dây truyền tải với bộ hạn chế dòng kiểu máy biến áp (а), sơ đồ phức thay thế trong chế độ bình thường và trong chế độ khi sự cố ngắn mạch trên đường dây (b) và sơ đồ thay thế để phân tích quá trình tác động của dòng điện sự cố sau khi công tắc chân không ИП đã bị phóng điện đánh thủng (c). Nghiệm của phương trình (1) cho ta dòng quá độ có tính chất dao động, tồn tại cả thành phần chu kỳ và không chu kỳ [3]. Bởi vậy khi giải phương trình (1) đối với dòng điện trên đường dây sau khi công tắc chân không ИП đã bị đánh thủng sẽ có dạng: t t − − sin(ω ′t + ψ ′) + I m. XL sin[ω (t + t 0 ) + ψ i ] , τ1 τ2 ′ i(t ) = A1e + A2 e ТОУ (2) (r + jX Р ) ⋅ (− jX C ) ở đây I m. XL = 2U ф – là biên độ của dòng ngắn mạch xác Rс + jX Lс + ТОУ r + jX Р − jX C lập trên đường dây khi có bộ hạn chế dòng ТОУ, trong biểu thức (2) thì: ω ′ = ω01 + ω02 = ω (ω01 ω )2 + (ω02 ω )2 = ω α C + α Р , 2 2 (3) τ 1 ≈ (α C + α Р ) (α Р τ с + α C τ Р ); τ 2 ≈ 2(α C + α Р ) (α C τ с + α Р τ Р ) . (4) Các hệ số A1 , A2 và ψ ′ được xác định bằng giải tích theo dạng các điều kiện đầu i (0) , uC (0) , iР (0) , lấy bằng với các giá trị cuối của thời điểm phóng điện công tắc chân không ИП. 12
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 2(37).2010 3. Giới thiệu phần mềm ATP và mô phỏng hiệu quả tác động của TOY 3.1. Tổng quan về phần mềm ATP ATP là phần mềm chuyên dụng được viết để tính toán lưới điện có tần số công nghiệp. Chương trình cho phép khảo sát các quá trình quá độ với các đại lượng điện biến đổi theo thời gian như quá trình quá điện áp khi chuyển mạch cầu dao hay biến thiên dòng điện quá độ khi sự cố trong mạch. Kết quả mô phỏng nhằm phục vụ quá trình điều khiển và vận hành hệ thống cho tối ưu khi có các biến đổi của nguồn hay có các sự cố khác. Phần mềm ATP được xây dựng trên cơ sở phương pháp phần tử hữu hạn (EMTP), sự ra đời của nó đánh dấu bằng kết quả công bố tại hội nghị của cục năng lượng Mỹ tại Portland và nó được đưa vào khai thác thương mại hóa 1984. Từ đó ATP được kế thừa tiếp tục phát triển nâng cấp thêm bởi Drs. W. scott Meyer, Tsuhusei Liu và được một nhóm các nhà khoa học Canada và Mỹ. Cài đặt ATP từ một đĩa CD, muốn khởi động ATP ta nhấp chuột vào biểu tượng ngoài Desktop hay vào start/ATP/ATP Draw thì cửa sổ mạch sẽ xuất hiển thị, bao gồm các thành phần File, View, Edit, Tool, Window, Help. Chương trình cho phép thiết lập cấu hình hệ thống với các thông số cần khảo sát và tính toán khảo sát quá trình quá độ theo yêu cầu mỗi bài toán một cách đơn giản và tiện lợi. 3.2. Ứng dụng phần mềm ATP để mô phỏng hiệu quả tác động của TOY Việc mô phỏng quá trình quá độ trong mạch điện được thực hiện trên phần mềm ATP bằng một mạch điện giả định (tương ứng với mạch điện tính toán) với các thông số được lấy từ kết quả tính toán được của hệ thống phân phối và thiết bị hạn chế dòng sẽ lắp đặt. Xét ví dụ khảo sát quá trình quá độ khi đột nhiên xảy ra ngắn mạch trên một đường dây phân phối với các thông số: U ф = 127 kV − là trị số điện áp pha của lưới điện phân phối; Z đm = 60,33 Ω − Tổng trở định mức của phụ tải; I đm = 2 kA − dòng điện định mức của đường dây; Rc = 0,178 Ω và X Lс = 3,56 Ω − Điện trở và điện kháng của hệ thống đường dây đến điểm ngắn mạch N. Ta có trị số biên độ của dòng điện ngắn mạch trên đường dây tại N khi không có lắp đặt bộ tự động hạn chế dòng sẽ là I m = 2U ф X Lс = 2 ⋅127 3,56 = 50,44 kA . Bằng phương pháp xác định các thông số кз của bộ tự động hạn chế dòng kiểu máy biến áp ТОУ [1] với nhiệm vụ yêu cầu mức hạn chế dòng điện ngắn mạch trên đường dây là β = I m. XL I mз . Ví dụ ở đây chọn β = 0,5 ТОУ к thì khi xét mạch như hình 1 có các tính toán sau: -Trở kháng yêu cầu của ТОУ khi ngắn mạch (bỏ qua thành phần điện trở r): 2U ф 2U ф 2U ф ⎛1 ⎞ (5) − X Lc = ⎜ − 1⎟ X Lc = 3,56 Ω X ТОУ = − X Lc = − X Lc = XL ⎜β ⎟ κ∋ β ⋅ Im β ⋅ 2U ф X Lс ТОУ I ⎝ ⎠ m. XL 13
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 2(37).2010 - Điện áp trên lớn nhất đặt trên bộ ТОУ khi sự cố là: = 2U ф − X Lc ⋅ β ⋅ I m ∋ = 2U ф − X Lc ⋅ β ⋅ 2U ф X Lс = 2 (1 − β )U ф = 89,79 kV (6) κ XL U m ТОУ - Trở kháng cảm xác lập tương đương của máy biến áp trong bộ TOY khi sự cố [1] là: ⎛1 ⎞ α C ⋅ X Lc ⋅ X Lc ⎜ − 1⎟ ⎜ ⎟ α C (1 − β ) ⎝β XC ⋅ X XL ⎠ ⋅ X Lc = 1,78 Ω (khi α C = 1 ); (7) Xp = = = XL ТОУ ⎞ 1 − β (1 − α C ) XC + X ⎛1 XL α C ⋅ X Lc + X Lc ⎜ − 1⎟ ТОУ ⎜β ⎟ ⎝ ⎠ Từ các biểu thức (1) đến (7) nêu trên ta thiết lập mối quan hệ gồm: hệ số hạn chế dòng β = (α Р − 1) (α Р + α C − 1) và trị số tương đối của điện áp cực đại trên tụ C so với trị cực đại của điện áp nguồn là U m C = U m C U m ф = 1 − β . XL XL (8) Các biểu thức (6) và (8) cần được kiểm tra độ chính xác qua các tính toán quá trình quá độ khi t → ∞ . Quá trình động lực học khi sự cố ngắn mạch được biểu diễn qua kết quả mô phỏng bằng phần mềm ATP nêu ở phần sau đây. 3.3. Kết quả mô phỏng bằng phần mềm ATP và các nhận xét đánh giá Khởi động phần mềm ATP [4], thiết lập cấu hình mạch điện (Hình 1), nhập các thông số đường dây và thiết bị đã có ở trên và chạy chương trình mô phỏng cho ta kết quả như sau. b) a) Hình. 2. Các trị số tương đối của dòng điện ngắn mạch trên đường dây so với trị số cực đại của dòng ngắn mạch xác lập khi không có ТОУ ( i кз ( t ) ) và khi có lắp đặt ТОУ ( i огр ( t ) ), và trị tương đối кз α p = 2, β = 0,5 α p = 1, β = 0 кз của điện áp trên ТОУ ( u C ( t ) ). a- Khi ; b – Khi (với ТОУ kiểu cộng hưởng, tổng trở TOY sẽ tăng tới vô cùng lớn [1]). Dựa trên kết quả mô phỏng thu được, ta có thể chia quá trình quá độ khi sự cố ngắn mạch của hệ thống có lắp thiết bị tự động hạn chế dòng TOY thành 3 giai đoạn sau: 14
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 2(37).2010 - Giai đoạn đầu từ khi xuất hiện sự cố ngắn mạch (0 ÷ 0,01s): dòng trên đường dây tăng lên đột ngột, đồng thời tăng điện áp rơi trên tụ C của TOY và làm tăng điện áp đặt vào hai cực của công tắc chân không ИП, khi tăng đến điện áp phóng điện khe hở của ИП (có thể điều chỉnh được) sẽ làm tăng nhanh tổng trở tương đương của TOY và giảm tức thời dòng xung kích (dòng cực đại sau sự cố khoảng 0,01 s) [1,5]. - Giai đoạn tiếp theo (0,01 ÷ 0,1s): dòng điện ngắn mạch dao động với biên độ giảm dần về dòng xác lập. - Giai đoạn cuối (sau 0,1s): dòng điện ngắn mạch giảm tới bằng dòng xác lập (bằng 0,5 lần dòng ngắn mạch xác lập I m∋ khi mạch không có TOY ở hình 2,b và bằng k gần 0 ở hình 2,b). Kết quả mô phỏng trên hình 2,a cho thấy rằng đường dây khi không lắp đặt TOY thì trị số dòng xung kích khi ngắn mạch sẽ bằng khoảng 1,8 lần biên độ dòng ngắn mạch xác lập I m∋ nhưng khi lắp đặt TOY với α p = 2, β = 0,5 thì trị số của dòng điện k xung kích giảm xuống chỉ còn bằng khoảng 1,02 I m∋ . Nếu lắp đặt bộ hạn chế dòng có k tác động cộng hưởng (với α p = 1, β = 0 ) thì trị số dòng điện xung kích giảm chỉ còn 0,94 I m∋ (Hình 2,b). Tuy nhiên với TOY cộng hưởng tuy giảm thêm được trị số dòng k xung kích nhưng lại làm tăng đáng kể (khoảng 2 lần) trị số điện áp đặt vào bộ tụ điện của TOY so với khi chọn TOY có α p = 2, β = 0,5 . 4. Kết luận Quá trình quá độ qua mô phỏng bằng phần mềm ATP cho ta quan sát quá trình động học và hiệu quả làm việc của ТОУ hạn chế đỉnh nhọn của dòng ngắn mạch xung kích khi có sự cố ngắn mạch trên đường dây. Kết quả nghiên cứu nhận được đã cho thấy khi tính toán lựa chọn các thông số β , α C và α Р theo các chế độ làm việc của lưới điện cần phải xác định trên cơ sở đánh giá yêu cầu hạn chế dòng ngắn mạch xung kích và điện áp trên tụ điện của bộ ТОУ trong quá trình quá độ. Bộ tự động hạn chế dòng TOY tác động tức thời (xảy ra trong thời gian rất ngắn cỡ 0,01s) cho phép nhanh chóng giảm dòng sự cố, đồng thời cho phép thay đổi linh hoạt mức hạn chế dòng ngắn mạch theo yêu cầu kỹ thuật và trang thiết bị của từng đường dây phân phối khi tính toán. Nghiên cứu ứng dụng TOY là hướng phát triển hứa hẹn cho hiệu quả kinh tế-kỹ thuật rất cao, tăng độ tin cậy cấp điện và cho phép giữ nguyên hầu hết thiệt bị cũ trên lưới khi phụ tải phát triển thêm. Lắp đặt thêm TOY đặc biệt cần thiết bởi Việt Nam đang còn là nước nghèo, lưới điện phân phối lớn, thiết bị cũ đang còn dùng rất nhiều, kinh phí hàng năm cần để thay thế thiết bị và cải tạo lưới đang rất lớn. 15
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 2(37).2010 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lê Thành Bắc, Thiết bị tự động hạn chế dòng ngắn mạch kiểu máy biến áp.-Tạp chí Khoa học và Công Nghệ Đại học Đà Nẵng, №3-2008. [2] Крючков И.П., Неклепаев Б.Н., Старшинов В.А., Пираторов М.В., Гусев Ю.П., Пойдо А.И., Жуков В.В., Монаков В.К., Кузнецов Ю.П., Расчет коротких замыканий и выбор электрооборудования, Учеб. Пособие для студ. высш. учеб. заведений/ - М.: Изадательский центр «Академия», 2005 г. [3] Yang Jie, Chen Xi Ying, Shao Jian Xiong, ANALYSIS OF SHORT CIRCUIT CURRENT LEVEL OF THREE GORGES HYDROELECTRIC POWER PLANT AND LIMITING MEASURES, Design Institute of Yangtze River Resource Commission, Wuhan 430010 China, Power System Technology, 1997 №: 7. [4] Vladimir Sokolovsky, Victor Meerovich, Istvan Vajda et al. Superconducting FCL: Design and application. IEEE Trans. Application Superconduct, 2003, 13 (6): 2112-2115 [5] Александров Г.Н., Смоловик С.В. Переходные процессы в сетях с резонансным токоограничивающим устройством. – Электричество PAH, 2002, № 1. 16

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.11: Bộ Luận Văn Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Tài Chính Ngân Hàng

172 tài liệu

843 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.