Mô hình và mô phỏng kháng hạn dòng ngắn mạch siêu dẫn SFCL 220kV bằng EMTP

MƠ HÌNH VÀ MƠ PHỎNG KHÁNG HẠN DỊNG NGẮN
MẠCH SIÊU DẪN SFCL 220KV TRÊN PHẦN MỀM EMTP
TRẦN HỮU PHÚC

DECEMBER 22, 2022


Trần Hữu Phúc

Mơ hình EMTP cho kháng siêu dần SFCL trên lữới điên truyên tầi
CHƯƠNG 1

1.1.

TỔNG QUAN VỀ KHÁNG SIÊU DẪN SFCL

Tổng quan

Kháng hạn dòng ngắn mạch siêu dẫn - Superconducting fault current limiters (SFCL) sử
dụng công nghệ siêu dẫn nhiệt độ cao – High temperature superconductors (HTS).
Sự thay đổi điện trở phi tuyến đối với dòng điện vượt quá giá trị dòng điện tới hạn là cơ sở
để phát triển thiết bị hạn dòng ngắn mạch tốc độ cao (SFCL= kháng hạn dòng ngắn mạch
siêu dẫn). SFCL là một thiết bị đầy hứa hẹn cho lưới điện của các siêu đô thị và khu tập trung
công nghiệp, nơi mà vấn đề dòng ngắn mạch là nghiêm trọng nhất. Ngày nay, sự gia tăng
dịng điện ngắn mạch được kiểm sốt bằng cách tách lưới, lắp kháng thông thường. Việc
tách lưới làm giảm độ tin cậy và tăng độ phức tạp của điều khiển lưới trong các tình huống
khẩn cấp và trong quá trình bảo trì. SFCL cho phép loại bỏ sự phân đoạn của lưới điện, vì
nó cung cấp khả năng hạn dòng hiệu quả trong trường hợp ngắn mạch nhưng không gây
ra tổn thất và sự phức tạp trong khâu vận hành.
1.2.

Cấu tạo

Cấu tạo của kháng siêu dẫn SFCL 220kV và kiểm tra điện trường thiết bị với xung sét 950kV
SFCL 220kV bao gồm 3 phần Bushing (Chuỗi sứ đấu nối), Crysotat (Thùng làm mát),
Switching Element (Đóng cắt các phần tử) .
Tổ hợp HTS là một tập hợp các mơ-đun hạn chế dịng điện kết hợp với các tấm chắn kim
loại để phân phối điện trường đều, do đó tối đa hóa độ bền điện mơi của thiết bị. Mỗi môNghiên cữu sớ bộ

Trang 1


Trần Hữu Phúc

Mơ hình EMTP cho kháng siêu dần SFCL trên lữới điên truyên tầi

đun được kiểm tra bằng một số lần đo dòng điện ngắn mạch như một phần của kiểm soát
chất lượng nội bộ.
Bushing là một trong những thành phần chính của thiết bị điện áp cao, với tính ổn định lâu
dài là đặc điểm quan trọng nhất. Độ ổn định lâu dài của ống lót được phân tích trong q
trình thử nghiệm phóng điện cục bộ.
Đối với Switching Elements → các phần tử này sẽ tăng điện trở rất nhanh khi xuất hiện nhiệt
lượng sinh ra từ sự cố ngắn mạch. Từ dữ liệu kiểm tra theo các sự cố ngắn mạch, sử dụng
phân tích hồi quy R(Q) ta có đường đặc tính

Mối quan hệ giữa điện trở (Omh/m) và nhiệt lượng trên thiết bị
1.3.

Thông số kỹ thuật

Thông số kỹ thuật của SFCL được chi tiết theo bảng sau

Thông số

Giá trị

Đơn vị

Điện áp định mức

220

kVrms

Điện áp vận hành tối đa

252

kVrms

BIL

950

kV

Điện áp AC chịu đựng

440

kVrms

Tần số

50

Hz

Dòng định mức

1200

A

Dòng đóng cắt

3400

A

Điện trở khi vận hành bình thường

<0.1

Ω

Điện trở khi có sự cố

>40

Ω

Thời gian trở về trạng thái siêu dẫn

15

s

Thời gian cắt

<2

ms

Nghiên cữu sớ bộ

Kiểu lắp đặt

Ngoài trời

Nhiệt độ

-45 độ đến 40 độ
Trang 2


Trần Hữu Phúc

Mơ hình EMTP cho kháng siêu dần SFCL trên lữới điên trun tầi
Thơng số
Kích thước 1 pha
Trọng lượng 1 pha

Giá trị

Đơn vị

5.5m x2.85mx6.5m
16/27

tấn

Quan trọng nhất khi mô phỏng SFCL là đường đặc tính trở kháng theo thời gian khi có sự
cố ngắn mạch.
Đặc tính được kiểm tra với 1 mạch điện đơn giản như sau.

Đặc tính R (SFCL) theo thời gian
Chương trình thử nghiệm của SFCL dựa trên tiêu chuẩn IEEE C37.302-2015 (Hướng dẫn thử
nghiệm SFCL với điện áp định mức trên 1000 V AC).
Mức cách điện cơ bản của SFCL đã được xác nhận ở 950 kV (Hình dưới), tương ứng với các
tiêu chuẩn của Nga đối với thiết bị điện áp cao cho cấp điện áp 220 kV.

Nghiên cữu sớ bộ

Trang 3


Trần Hữu Phúc

Mơ hình EMTP cho kháng siêu dần SFCL trên lữới điên truyên tầi

Kiểm tra đáp ứng điện áp xung sét 950kV cho thiết bị SFCL

Kết quả thử nghiệm dịng ngắn mạch có và khơng trang bị SFCL.

Nghiên cữu sớ bộ

Trang 4


Trần Hữu Phúc
CHƯƠNG 2

Mơ hình EMTP cho kháng siêu dần SFCL trên lữới điên truyên tầi

MỘT SỐ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG TRONG HỆ THỐNG SỬ DỤNG MƠ HÌNH
SFCL TRONG PHẦN MỀM EMTP

2.1.

Trường hợp, hướng dẫn mơ phỏng

Kịch bản tính tốn: Tính tốn ngắn mạch 1 pha đường dây 220kV Thuận An – Tân Uyên
năm 2025.
Tìm trong All Parts hoặc vào Parts by Library → Non Linear → R(t)

Thời gian mô phỏng :
•

100ms đầu khơng sự cố

•

Sự cố ngắn mạch 1 pha từ 100ms – 200ms

•

Máy cắt 220kV cắt sự cố tại 200ms

Nhấn vào R(t) trong tab Data

Nghiên cữu sớ bộ

Trang 5


Trần Hữu Phúc

Mơ hình EMTP cho kháng siêu dần SFCL trên lữới điên truyên tầi

Trong Characteristic nhập Time và Resistance theo bảng sau
Time
0
0.1
0.100338
0.100338
0.100677
0.100677
0.101692
0.104061
0.106768
0.109137

R(SFCL)
0.0001
2.924104
5.360843
7.797599
10.72169
13.40211
15.83886
17.54459
18.2756
19.98133

Time
0.111506
0.114552
0.117597
0.120305
0.123012
0.126396
0.12978
0.132487
0.135871
0.139255

R(SFCL)
21.68706
22.66175
23.1491
24.61114

25.34217
25.58584
26.56055
28.0226
27.77891
28.99729

Time
0.141963
0.14467
0.147716
0.150085
0.153469
0.156853
0.159898
0.162944
0.166328
0.169374

R(SFCL)
29.97199
29.97199
30.45933
31.43405
31.67771
31.9214
32.65242
33.38344
33.62711
34.11446

Time
0.172758
0.175804
0.178511
0.181895
0.184602
0.187986
0.191371
0.194416
0.198139
0.200846
15

R(SFCL)
34.84548
34.84548
35.57651
36.06386
36.79488
36.79488
37.76958
37.76958
38.25693
38.74428
0.0001

Vstart = 0 và Yss = 0.001
Trong tab Scopes và Observer tick chọn quan sát dòng điện

Gắn SFCL lên trước đường dây đang cần tính ngắn mạch

Cài đặt sự cố ngắn mạch 1 pha và máy cắt xóa sự cố.

Nghiên cữu sớ bộ

Trang 6


Trần Hữu Phúc
2.2.

Mơ hình EMTP cho kháng siêu dần SFCL trên lữới điên truyên tầi

Kết quả mô phỏng

Lặp đặt SFCL lên xuất tuyến ngắn mạch đường dây 220kV Thuận An – Tân Uyên

Quan sát dòng ngắn mạch 1 pha đường dây 220kV Thuận An – Tân Uyên năm 2025.

Kết quả tính tốn ngắn mạch 1 pha đường dây 220kV Thuận An – Tân Uyên
Có thể thấy khi lắp đặt SFCL, dòng ngắn mạch đỉnh (Ipeak) giảm 2.32 lần. Như vậy, dòng
ngắn mạch xác lập sẽ giảm khoảng 2 lần so với khi chưa lắp đặt (Thiết bị 63kA có thể xuống
40kA)

Nghiên cữu sớ bộ

Trang 7

Trần Hữu Phúc

Mơ hình EMTP cho kháng siêu dần SFCL trên lữới điên truyên tầi

Sau khi lắp SFCL thời gian khi SFCL chưa về lại trạng thái siêu dẫn sẽ dẫn đến tình trạng
dịng tải trên mạch bị sự cố giảm (khoảng 15 giây). Trong trường hợp này công suất lệch
khoảng 10 lần (500MVA --> 50MVA) Trường hợp 2 mạch nếu k đảm bảo N-1 sẽ dễ quá tải
thời gian ngắn mạch bên kia.

Nghiên cữu sớ bộ

Trang 8