TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(39).2010
248
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
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(39).2010
249
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
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.
Hình 1. Dạng sóng điện áp phục hồi
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(39).2010
250
- Thời điểm mở máy cắt là giá trị ngẫu nhiên theo phân bố đều trong khoảng
0,05 ± 0,00577 sec.
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.
0
5
124
5
6
ms
Thời điểm sự cố Df Lệnh cắt D1 và D2
Hình 2. Khung thời
g
ian sự cố Df và thời điểm cắt máy cắt D1, D2
THẠNH MỸ
PLEIKU
D1 D2
Df
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(39).2010
251
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.
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.
THẠNH MỸPLEIKU
D1 D2
1 2 3 4 5
113km
90km
Hình 3. Thứ tự vị trí sự cố trên đường dây 500kV Thạnh Mỹ-Pleiku
Hình 4b. Dạng sóng RRRV pha B MC
Hình 4a. Dạng sóng TRV 3 pha MC
H
ình 3a. Dạng sóng TRV 3 pha MC Hình 3b. Dạng sóng RRRV pha B MC
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(39).2010
252
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.
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.
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.
Hình 5a. Dạng sóng TRV 3 pha MC Hình 5b. Dạng sóng RRRV pha C MC
Hình 6a. Dạng sóng TRV 3 pha MC
H
ình 6b. D
ạ
n
g
són
g
RRRV
p
ha B M
C