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<br /> <br /> <br /> <br /> NGHIÊN CỨU CÁC BIỆN PHÁP GIẢM ĐIỆN ÁP PHỤC HỒI TRÊN<br /> ĐƯỜNG DÂY 500KV ĐÀ NẴNG-THẠNH MỸ-PLEIKU<br /> A RESEARCH ON METHODS TO REDUCE RECOVERY VOLTAGE ON 500KV<br /> DA NANG-THANH MY-PLEIKU TRANSMISSION LINE<br /> <br /> <br /> Trần Vinh Tịnh Lương Hữu Nhân<br /> Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng Công ty CP Tư vấn Xây dựng điện 4<br /> <br /> <br /> TÓM TẮT<br /> Nghiên cứu các biện pháp và ứng dụng các thiết bị nhằm giảm giá trị điện áp phục hồi<br /> trên đường dây truyền tải siêu cao áp 500kV như: Lắp điện trở song song với tiếp điểm chính<br /> máy cắt (MC); Lắp điện trở phi tuyến vào từng pha MC xuống đất ; Lắp tụ điện song song với<br /> tiếp điểm chính MC; Lắp tụ điện vào từng pha MC xuống đất; Nối tắt tụ bù dọc bằng MC bypass<br /> (nối tắt sau khi xảy ra sự cố và trước khi tiếp điểm máy cắt mở), kết hợp hai trong các biện<br /> pháp trên với mục đích giúp ích cho việc chế tạo, thiết kế, lựa chọn, vận hành máy cắt an toàn<br /> và kinh tế. Đây là một vấn đề đang rất cần thiết cho hệ thống điện.<br /> Bài báo này trình bày các biện pháp và ứng dụng các thiết bị giảm điện áp phục hồi<br /> trên đường dây 500kV Đà Nẵng-Thạnh Mỹ-Pleiku. Thực hiện mô phỏng trường hợp máy cắt<br /> ngắt mạch cho giá trị điện áp phục hồi cao nhất và các trường hợp ứng dụng các thiết bị nêu<br /> trên bằng phần mềm EMTP(Electro Magnetic Transients Program). Kết quả cho thấy các biện<br /> pháp đơn giản, áp dụng cho hệ thống điện siêu cao áp 500kV ở Việt nam có tính khả thi cao.<br /> <br /> ABSTRACT<br /> It is essential for the power system to study the methods and application equipment to<br /> reduce the value of recovery voltage on 500kV super high voltage transmission lines by<br /> installing a resistor in parallel with the main-contact of a circuit breaker (CB), a nonlinear resistor<br /> between each phase of the CB with ground, or a capacitor between each phase of the CB with<br /> ground, by using a bypass serial-capacitor or a bypass circuit breaker (using a bypass after the<br /> occurrence of faults and before opening contacts of a circuit breaker), or by combining two of<br /> these measures for the purpose of manufacturing, designing, selecting and operating circuit<br /> breakers safely and economically. This paper presents methods and application equipment to<br /> reduce the recovery voltage on the 500kV Danang-Thanhmy-Pleiku Transmission Line. The<br /> performance of simulation for isolated short circuit case received results of the highest value in<br /> recovery voltage and cases of equipment application by using the Electro Magnetic Transients<br /> Program (EMTP) Software. The results show that the simple methods applied for the 500kV<br /> super high voltage power system is really feasible in Vietnam.<br /> <br /> <br /> 1. Đặt vấn đề [6], [7], [10]<br /> Điện áp phục hồi (RV: Recovery voltage) trong máy cắt (MC) là điện áp xuất<br /> hiện giữa hai đầu cực của MC khi cắt sự cố. Điện áp này được xét trong hai khoảng thời<br /> gian liên tục: Khoảng thời gian ban đầu tồn tại điện áp quá độ (dao động cao tần) hay<br /> gọi điện áp quá độ phục hồi (TRV) khoảng thời gian kế tiếp tồn tại điện áp xác lập ở tần<br /> 248<br />  TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(39).2010<br /> <br /> số công nghiệp. Trong quá trình mở tiếp điểm<br /> MC, hồ quang xuất hiện và dòng điện qua máy<br /> cắt giảm dần về giá trị zero. Sự phản ứng của<br /> hệ thống đến dòng cắt là nguyên nhân sinh ra<br /> TRV (Transient recovery voltage). Nói cách<br /> khác trong hệ thống, điện áp phản ứng từ phía<br /> nguồn đến tải qua MC gọi là TRV, đây là<br /> thông số quyết định giới hạn cắt của MC. Thao<br /> Hình 1. Dạng sóng điện áp phục hồi<br /> tác cắt sẽ thành công nếu MC có khả năng chịu<br /> đựng được TRV và điện áp phục hồi ở tần số công nghiệp (hình 1).<br /> Có hai thông số quan trọng trong nghiên cứu TRV là: Biên độ cực đại mà thành<br /> phần quá điện áp này đạt được, phụ thuộc vào giá trị điện áp vận hành bình thường của<br /> hệ thống, nó thể hiện đặc tính cắt của máy cắt điện và đặc tính của tốc độ gia tăng TRV<br /> là RRRV (rate of rise of recovery voltage) quyết định sự thành công của quá trình cắt<br /> mạch hoặc thất bại (phóng điện trở lại giữa hai cực tiếp xúc của máy cắt), phụ thuộc vào<br /> tần số dao động trong suốt quá trình ngắt mạch. Hai thông số này quan trọng trong việc<br /> thiết kế, chế tạo cũng như vận hành MC. Có nhiều nguyên nhân dẫn đến mức TRV cao<br /> xuất hiện trên MC như: Cắt ngắn mạch, cắt đường dây không tải, cắt đột ngột dòng tải<br /> và đóng mở ngược pha.<br /> 2. Các yếu tố ảnh hưỡng đến TRV và các biện pháp giảm TRV và RRRV [1], [2],<br /> [4], [6], [8], [9]<br /> Giá trị TRV không những phụ thuộc vào chế độ phụ tải mà còn phụ thuộc vào<br /> rất nhiều yếu tố ngẫu nhiên khác. Các yếu tố ngẫu nhiên này bao gồm:<br /> - Các chế độ cắt MC: như cắt sự cố, cắt không tải, đóng mở ngược pha 1800 .<br /> - Các dạng sự cố ngắn mạch: một pha, 2 pha - đất, 2 pha, 3 pha.<br /> - Vị trí sự cố.<br /> - Thời điểm mở các cực của máy cắt.<br /> - Chế độ vận hành của hệ thống.<br /> Để có thể tìm ra được giá trị TRV lớn nhất có thể, cần phải tính toán với các chế<br /> độ phụ tải khác nhau và các dạng sự cố khác nhau. Đối với mỗi đường dây, các dạng sự<br /> cố cần được mô phỏng và tính toán cho nhiều điểm sự cố khác nhau.<br /> Do giá trị TRV phụ thuộc rất nhiều vào thời điểm sự cố cũng như thời điểm mở<br /> các cực của MC. Vì vậy, khi tính toán giá trị TRV nhất thiết phải tính đến sự phấn bố<br /> xác suất của các thời điểm này. Phần mềm EMTP cho phép mô phỏng xác suất thời<br /> điểm sự cố và thời điểm mở các cực tiếp xúc của MC được thực hiện bằng các khoá xác<br /> suất (statistical switch). Do đó đối với từng dạng mô phỏng sự cố, 100 tính toán với thời<br /> điểm sự cố và thời điểm mở các cực MC là ngẫu nhiên (hình 1).<br /> - Thời điểm sự cố được là giá trị ngẫu nhiên theo phân bố đều trong khoảng<br /> 0,015 ± 0,00577 sec.<br /> <br /> 249<br />  TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(39).2010<br /> <br /> - Thời điểm mở máy cắt là giá trị ngẫu nhiên theo phân bố đều trong khoảng<br /> 0,05 ± 0,00577 sec.<br /> PLEIKU THẠNH MỸ<br /> <br /> <br /> D1 D2<br /> Df<br /> <br /> Thời điểm sự cố Df Lệnh cắt D1 và D2<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 0 5 1 2 4 5 6 ms<br /> <br /> Hình 2. Khung thời gian sự cố Df và thời điểm cắt máy cắt D1, D2<br /> <br /> Để giảm TRV và RRRV có thể sử dụng một số biện pháp sau: Lắp điện trở song<br /> song với tiếp điểm chính MC; Lắp điện trở phi tuyến vào từng pha MC xuống đất ; Lắp<br /> tụ điện song song với tiếp điểm chính MC; Lắp tụ điện vào từng pha MC xuống đất;<br /> Nối tắt tụ bù dọc bằng MC bypass khi xảy ra sự cố trên đường dây (nối tắt sau khi xảy<br /> ra sự cố và trước khi tiếp điểm máy cắt mở), kết hợp hai trong các biện pháp trên….<br /> <br /> 3. Phân tích các biện pháp giảm giá trị TRV trên đường dây 500KV Đà Nẵng –<br /> Thạnh Mỹ - Pleiku, mô phỏng bằng phần mềm Emtp (Electro-Magnetic Transient<br /> Program)<br /> 3.1. Giới thiệu [3], [5], [11].<br /> Đường dây 500kV Đà Nẵng-Thạnh Mỹ-Pleiku hình thành trên đường dây<br /> 500kV Đà Nẵng-Pleiku (mạch 1) sau khi đưa trạm biến áp 500kV Thạnh Mỹ vào vận<br /> hành, dự kiến vào năm 2015, có công suất 2x450MVA được xây dựng tại huyện Nam<br /> Giang, tỉnh Quảng Nam, cách TBA 500kV Đà Nẵng 76km và cách TBA 500kV Pleiku<br /> 203km, với mục đích chuyển nguồn công suất từ các NMTĐ Xekaman 3, Sông Bung 2,<br /> 4, Đăk Mi 1, 4, …lên hệ thống 500kV.<br /> Đoạn đường dây 500kV Thạnh Mỹ - Đà Nẵng có chiều dài 76km và không có tụ<br /> bù dọc, giá trị TRV không đáng kể. Đoạn đường dây 500kV Thạnh Mỹ - Pleiku có<br /> chiều dài 203km và có tụ bù dọc, giá trị TRV rất cao nên việc tính toán và nghiên cứu<br /> biện pháp giảm giá trị TRV cũng như RRRV rất cần thiết nhằm thuận lợi cho việc lựa<br /> chọn MC hợp lý và giá thành hạ.<br /> Để phân tích sự thay đổi giá trị TRV, RRRV ứng với mỗi biện pháp do các dạng<br /> sóng TRV, RRRV của các dạng cũng như vị trí sự cố trên đường dây có hình dạng gần<br /> giống nhau, nên ở đây chỉ xét dạng sóng tiêu biểu cho dạng sự cố và vị trí sự cố cho giá<br /> trị TRV cực đại, cụ thể ngắn mạch 2 pha tại điểm 1 (hình 2), kết quả tính toán tương<br /> ứng cho MC phía Thạnh Mỹ, tại TBA 500kV Thạnh Mỹ.<br /> <br /> <br /> 250<br />  TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(39).2010<br /> <br /> <br /> <br /> PLEIKU THẠNH MỸ<br /> 1 2 3 4 5<br /> <br /> D1 90km 113km D2<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 3. Thứ tự vị trí sự cố trên đường dây 500kV Thạnh Mỹ-Pleiku<br /> <br /> 3.2. Kết quả mô phỏng bằng phần mềm EMTP<br /> 3.2.1. Chưa lắp thiết bị giảm TRV và RRRV<br /> Xét trường hợp ngắn mạch pha – pha, sự cố tại điểm 1 ở chế độ phụ tải cực đại<br /> của hệ thống điện Việt Nam vào năm 2015. Cho giá trị TRV = 3,25pu; RRRV =<br /> 0,355kV/µs và dòng ngắn mạch qua máy cắt INM = 3,9kA. Được mô tả trên hình 3.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 3a. Dạng sóng TRV 3 pha MC Hình 3b. Dạng sóng RRRV pha B MC<br /> <br /> <br /> 3.2.2. Lắp điện trở phi tuyến vào từng pha MC xuống đất phía đường dây.<br /> Giá trị TRV = 2,8pu; RRRV = 0,316kV/µs và dòng ngắn mạch qua máy cắt<br /> INM = 3, 76kA. Được mô tả trên hình 4.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 4a. Dạng sóng TRV 3 pha MC Hình 4b. Dạng sóng RRRV pha B MC<br /> <br /> 251<br />  TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(39).2010<br /> <br /> 3.2.3. Lắp tụ điện song song với tiếp điểm chính máy cắt đồng thời lắp điện trở phi<br /> tuyến vào từng pha MC xuống đất phía đường dây.<br /> Giá trị TRV = 2,5pu; RRRV = 0,165kV/µs và dòng ngắn mạch qua MC INM = 4,8kA.<br /> Được mô tả trên hình 5.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 5a. Dạng sóng TRV 3 pha MC Hình 5b. Dạng sóng RRRV pha C MC<br /> <br /> 3.2.4. Lắp điện trở song song với tiếp điểm chính máy cắt.<br /> Giá trị TRV = 2,5pu; RRRV = 0,417kV/µs, dòng ngắn mạch qua MC INM = 3,6kA.<br /> Được mô tả trên hình 6.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 6a. Dạng sóng TRV 3 pha MC Hình 6b. Dạng sóng RRRV pha B MC<br /> <br /> 3.2.5. Lắp điện trở song song với tiếp điểm chính máy cắt và lắp điện trở phi tuyến vào<br /> từng pha MC xuốngs đất phía đường dây.<br /> Giá trị TRV = 2,15pu; RRRV = 0,28kV/µs, dòng ngắn mạch qua MC INM =<br /> 3,8kA. Được mô tả trên hình 7.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 252<br />  TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(39).2010<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 7a. Dạng sóng TRV 3 pha MC Hình 7b. Dạng sóng RRRV pha B MC<br /> <br /> 4. Kết luận<br /> Kết quả tính tóan giá trị TRV và RRRV của MC 500kV trên đường dây 500kV<br /> Thạnh Mỹ-Pleiku với các trường hợp lắp thiết bị giảm giá trị TRV, xét với dạng sự cố<br /> ngắn mạch pha-pha tại điểm 1, được mô tả trên hình 8. Cho thấy các trường hợp đều<br /> cho giá trị TRV giảm đáng kể so với khi chưa lắp thiết bị giảm TRV, giá trị TRV =<br /> 3,25pu.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 8. Dạng sóng TRV của máy cắt ứng với các biện pháp giảm TRV.<br /> <br /> Trường hợp lắp điện trở phi tuyến vào từng pha MC xuống đất, giá trị TRV =<br /> 2,8pu, giảm 13,8%, trường hợp này hiện nay được sử dụng phổ biến trên hệ thống điện<br /> Việt Nam.<br /> Trường hợp lắp điện trở song song với tiếp điểm chính máy cắt, giá trị TRV =<br /> 2,5pu giảm 23,07%, trường hợp này phải lắp thêm điện trở mở, làm tăng giá thành<br /> máy cắt.<br /> 253<br />  TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(39).2010<br /> <br /> Trường hợp lắp tụ điện song song với tiếp điểm chính máy cắt và lắp điện trở<br /> phi tuyến vào từng pha MC xuống đất phía đường dây, giá trị TRV = 2,5pu, giảm<br /> 23,07%, trường hợp này chưa được sử dụng, chi phí lắp bộ tụ sẽ làm tăng chi phí dự án.<br /> Trường hợp lắp điện trở song song với tiếp điểm chính máy cắt và lắp điện trở<br /> phi tuyến vào từng pha MC xuống đất phía đường dây, giá trị TRV = 2,15pu, giảm<br /> 33,85%, trường hợp này phải lắp thêm điện trở mở, giá trị TRV giảm đáng kể.<br /> Hiện nay khả năng chế tạo MC của các hãng chế tạo có gá trị TRV nhỏ hơn giá trị<br /> yêu cầu của MC 500kV Thạnh Mỹ (3,25pu), gây khó khăn cho việc sản xuất máy cắt<br /> điện, đồng thời chi phí rất cao nên việc nghiên cứu biện pháp giảm TRV là rất cần thiết.<br /> Theo kết quả thí nghiệm TRV cho MC của một số nhà chế tạo MC trong những năm<br /> gần đây cho thấy trường hợp áp dụng biện pháp lắp điện trở song song với tiếp điểm<br /> chính máy cắt và lắp điện trở phi tuyến vào từng pha máy cắt xuống đất phía đường<br /> dây, giá trị TRV = 2,15pu xác suất xuất hiện là 1%. Trường hợp này TRV của máy cắt<br /> được chế tạo hiện nay thoả mãn TRV yêu cầu nên làm giảm chi phí cho việc lắp đặt<br /> máy cắt (chỉ dùng 01 máy cắt).<br /> <br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> <br /> [1] Phạm Văn Chới, Bùi Tín Hữu, Nguyễn Tiến Tôn, Khí, NXB Khoa học và Kỹ thuật,<br /> Hà Nội, 2008.<br /> [2] Trần Văn Tớp, Kỹ thuật điện Cao áp, Hà Nội, 2007.<br /> [3] Trạm biến áp 500kV Thạnh Mỹ, Hồ sơ thiết kế kỹ thuật, giai đoạn 2, Nha Trang,<br /> 2007.<br /> [4] Lê Cao Quyền, Trần Quốc Tuấn, Lâm Du Sơn, Nguyễn Hồng Anh (2007), “Nghiên<br /> cứu quá trình quá độ điện từ trên hệ thống điện 500kV Việt Nam”, Báo khoa học<br /> và công nghệ, Đại học Đà Nẵng.<br /> [5] Tập đoàn Điện lực Việt Nam, Quy hoạch phát triển điện lực Quốc gia giai đoạn<br /> 2010-2015 có xét đến năm 2025, Hà Nội, 2007.<br /> [6] R.W.Alexander, PPL, D.Dufournet, Alstom T&D, Transient Recovery Voltage<br /> (TRV) for high-voltage circuit-breakers.<br /> [7] Ruben D. Garzon, High voltage Circuit breakers, New York.<br /> [8] H.S.Park, J.W.Woo, J.W.Kang, K.S.Han, S.O.Han, “Analyzing TRV of CB when<br /> installing current limit reactors in UHV Power systems”.<br /> [9] Q.Bui-Van, B.Khodabakhchian, H.Huynh, B.de-Metz-Noblat, “Transient<br /> simulation study for the 1500km North-South 500kV interconnection in VietNam”.<br /> [10] Lou van der Sluis, Transients in Power Systems, England, 2001.<br /> [11] Branch of System Engineering Bonnerille Power Adminitration Portlan, Oregon<br /> 97208-3621 – United States of America “Electro-Magnetic Transients Program”<br /> Theory Book.<br /> <br /> 254<br />