(Luận văn thạc sĩ hcmute) sử dụng phần mền atpdraw để mô phỏng và tính toán quá trình sét trên đường dây tải điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRẦN CƠNG THIỆN

SỬDỤNG PHẦN MỀM ATPDRAW ÐỂ MƠ PHỎNG
VÀ TÍNH TỐN Q TRÌNH SÉT TRÊN
ÐUỜNG DÂY TẢI ÐIỆN

NGÀNH: KỸ THUẬT ÐIỆN TỬ - 60520203

S KC 0 0 4 8 2 8

Tp. Hồ Chí Minh, năm 2016

Luan van


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRẦN CƠNG THIỆN

SỬDỤNG PHẦN MỀM ATPDRAW ĐỂ MƠ PHỎNG
VÀ TÍNH TỐN Q TRÌNH SÉT TRÊN
ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 60520203

Tp. Hồ Chí Minh, năm 2016

Luan van


Luận Văn Tốt Nghiệp

GVHD: TS. Lê Kỷ
Phần mở đầu

1.Tính cấp thiết đề tài
Sét là hiện tượng tự nhiên thường xuyên xảy ra trong năm, tùy theo vị trí
địa lý mà số lần xuất hiện sẽ khác nhau. Thiệt hại do sét đánh là rất lớn,
không những về kinh tế mà còn ảnh hưởng đến vấn đề an ninh quốc gia đối
với các ngành quan trọng như : Điện lực, Viễn thông, Y tế …
Ở Việt Nam chúng ta hiện nay mỗi năm xảy ra mất điện do hiện tượng tự
nhiên (cơn dơng, sét, gió mạnh…). Là hiện tượng xảy ra thường xuyên trong
hệ thống truyền tải và phân phối điện năng, đó là sự thay đổi rất đa dạng về
biên độ sóng điện áp, dịng điện rất cao khi có sự cố xảy ra của đường dây.
ột trong các hiện tượng hổ iến nhất là t đánh, thiệt hại do sét đánh là
rất lớn, yết định đến độ an toàn của năng lượng tr yền tải à h n hối. Sự
thay đổi đột ngột biên độ điện áp, dòng điện, giá trị tần số làm ảnh hưởng trực
tiếp đến thiết bị điện trong lưới đang vận hành, gây già cổi cách điện, thậm
chí hư hỏng thiết bị làm mất tính ổn định trong hệ thống điện, ảnh hưởng đến
chất lượng điện năng cung cấp cho khách hàng.
Lưới điện trung áp của Việt Nam hiện chưa được đầ tư ốn tương xứng
với yêu cầ . Thông thường với các nước tiên tiến trên thế giới, nguồn vốn yêu
cầ đầ tư cho lưới điện trung áp chiếm khoảng 50% tổng vốn đầ tư cho

tồn ngành. Nước ta do điều kiện khó khăn ề kinh tế , đi lên từ sau chiến
tranh cộng với bối cảnh vừa hòa nhập vào kinh tế thế giới, tốc độ tăng trưởng
phụ tải rất nhanh, thường xuyên xảy ra thiếu hụt điện năng nên ng ồn vốn
thường ư tiên tập trung phát triển nguồn điện cũng như lưới điện cao áp.
Nguồn vốn đầ tư cho ng ồn à lưới cao áp của Việt Nam hiện chiếm khoảng
85%, còn lại 15% là vốn đầ tư cho lưới trung áp. Vấn đề này hiện nay đã à
đang đặt ra rất nhiều bất cậ mà ngành điện cũng như các khách hàng của
mình đang cùng hải đối mặt bao gồm: lưới điện xuống cấ , độ tin cậy không
cao, chất lượng điện năng thấp, tổn thất công suất, tổn thất điện năng lớn, khả
năng tự động hóa kém….
Một vấn đề rất quan trọng cũng chưa được an t m đúng mức đó là hiện
tượng á điện áp do t đánh xảy ra trong lưới trung áp. Việc lựa chọn
chống sét van trong lưới điện này thường được chọn một cách đơn giản, ít
xem xét vị trí lắ đặt, dẫn đến là chống sét van có thể bị quá áp khi bị sét
đánh. Nội dung bản luận ăn này sẽ tậ tr ng đi s nghiên cứu mô phỏng
Trang 1

Luan van

HVTH:Trần Công Thiện


Luận Văn Tốt Nghiệp

GVHD: TS. Lê Kỷ

hiện tượng á điện á do sét đánh trong lưới điện trung áp à tìm cách đề
xuất một hương thức lựa chọn đặt chống sét van hợp lý.
Chương trình ATPDraw-E TP được đánh giá là một trong những chương
trình được quốc tế sử dụng rộng rãi nhất để mô phỏng các hiện tượng quá độ

điện từ, điện cơ, sét đánh trong hệ thống điện.
2.Nhiệm vụ luận văn:






Nghiên cứu phần mềm mô phỏng ATP/EMTP.
Nghiên cứu cấu tạo à tính năng kỹ thuật của thiết bị chống sét van.
Xác định mơ hình tính sét cho các phần tử của đường dây trung áp.
Xác định cấ trúc đường dây vị trí đạt hiệu quả chống sét.
Nhận xét, đánh giá, kết luận à đề suất biện pháp chống sét.

3.Phạm vi nghiên cứu:
 Nghiên cứu cấu trúc mạng điện, hệ thống bảo vệ hệ thống điện trong
thực tế.
 Nghiên cứu cấu tạo à tính năng kỹ thuật của thiết bị chống sét van.
 Nghiên cứu phần mềm mô phỏng ATPDraw/EMTP.
 Lập mơ hình, mơ phỏng để xác định các chỉ tiêu bảo vệ sét trên đường
dây trung áp.
 Nhận xét, đánh giá, kết luận à đề suất biện pháp chống sét cho mạng
điện trung áp.
4.Các bước tiến hành:






Nghiên cứu ứng dụng phần mềm mơ phỏng.
Tìm hiểu nghiên cứu chọn lọc tài liệu liên quan.
Khảo sát hệ thống điện trung áp.
Nghiên cứ tính năng kỹ thuật chống sét van.
Lập mơ hình các phần tử của cấu trúc thử nghiệm hệ thống điện trung
áp.
 Thực hiện mô phỏng.
 Đánh giá, nhận xét và kết luận.

Trang 2

Luan van

HVTH:Trần Công Thiện


Luận Văn Tốt Nghiệp

GVHD: TS. Lê Kỷ

5.Điểm mới luận văn:
 Lập mơ hình và mơ phỏng đường dây trung áp VN với điện áp, dịng
điện tại các vị trí khác nhau trong hệ thống điện trung áp khi bị sét
đánh.
 Xác định được hình dạng à iên độ x ng sét đi qua các thiết bị chống
sét với các cấu hình khác nhau tại các vị trí khác nhau trong hệ thống
điện trung áp.
 Cấu trúc bảo vệ chống sét đường dây trung áp bằng chống sét van.
6.Giá trị thực tiễn luận văn:
 Mơ hình các thiết bị sét được sử dụng cho việc nghiên cứu về dòng điện

à điện áp trong hệ thống điện khi sét đánh trực tiếp vào hệ thống điện
trung áp.
 Mơ hình và mơ phỏng xác định dòng điện sét đi a các thiết bị chống
sét với các cấu hình khác nhau tại các vị trí khác nhau trong hệ thống
điện khi sét đánh trực tiếp lên hệ thống điện giúp cho công tác học tập
và nghiên cứ trong lĩnh ực chống sét, giúp hiểu rõ sự phân bố dòng
điện trong hệ thống điện khi sét đánh trực tiếp vào hệ thống điện.
 Kết quả mơ phỏng có thể phục vụ cho việc đánh giá à lựa chọn thiết bị
chống sét phù hợp nhất cho việc chống sét cho thiết bị trong hệ thống
điện trung áp, làm tiền đề cho việc thiết kế chống sét và nghiên cứu lắp
đặt thiết bị chống sét lan truyền trong hệ thống điện tại Việt Nam.
7.Kết cấu luận văn:
Chương 1:Tổng quan
Chương 2:Giới thiệ chương trình ATP/E TP
Chương 3:Thiết lập mơ hình tính tốn sét cho các phần tử đường dây trung
áp
Chương 4:Xác định cấu trúc chống sét đường dây trung áp bằng CSV
Chương 5:Kết luận
TÀI LIỆU THAM KHẢO

Trang 3

Luan van

HVTH:Trần Công Thiện


Luận Văn Tốt Nghiệp

GVHD: TS. Lê Kỷ

Chương 1

TỔNG QUAN
1.1.Tổng quan
- Do điều kiện địa chất, thủy ăn, địa hình và khí hậu trên thế giới có sự
chênh lệch lớn theo từng vùng, từng Quốc gia. Do đó, mật độ sét từng khu
vực cũng khác nhau. Các cơng trình tải điện nằm trong vùng có mật độ sét lớn
thường bị sét đánh, dẫn đến việc cắt điện do sự cố ngắn mạch là không thể
tránh khỏi.
- Việt Nam là một trong những vùng có mật độ sét cao trong khu vực và
trên thế giới, điều này ảnh hưởng tới khả năng c ng cấ điện ổn định và an
toàn, đặc biệt đối với lưới trung áp l ôn được coi là mắt xích quan trọng của
hệ thống điện Việt Nam. Do đó, iệc nghiên cứu các mơ hình chống sét hiệu
quả nhất, đảm bảo được các yếu tố kỹ thuật - kinh tế à đặc thù trong khu vực
của Việt Nam là rất cần thiết.
- Trong hệ thống điện, đường dây trung áp có đặc điểm trải dài trên
nhiề địa hình, đi a nhiều vùng khí hậu - địa chất khác nhau và chịu sự ảnh
hưởng trực tiếp từ thiên nhiên do cơng trình hầu hết được thiết trí ngồi trời.
- Theo thống kê, đa hần việc cắt điện trong lưới điện trung áp chủ yếu
do sét đánh d y dẫn hoặc do sét đánh cột gây ra hiện tượng hóng điện ngược,
từ đó g y ra ngắn mạch duy trì.Trong đó, số lần sự cố gây cắt điện do sét
chiếm phần lớn trên lưới điện Việt Nam. Đặc biệt là vùng tuyến đi a có
điện trở suất của đất lớn, hệ thống tiế đất có điện trở lớn, khu vực đồi núi có
mật độ sét cao.
1.2.Sự hình thành sét
- Trong những điều kiện khí tượng nhất định sẽ có sự h n chia điện tích
trong các đám m y dơng do tác dụng của luồng khí nóng thổi lên à hơi nước
ngưng tụ trong các đám m y hoặc do sự gặp nhau của những luồng khơng khí
nóng ẩm với luồng khơng khí lạnh nặng, khi đó dơng ão à sấm chớp sẽ xảy

ra.
- Sét là một dạng hóng điện tia lửa trong khí quyển với khoảng cách rất
lớn. Q á trình hóng điện có thể xảy ra trong khí quyển giữa các đám m y
mang điện trái dấu và giữa các đám m y ới đất.
Trang 4

Luan van

HVTH:Trần Công Thiện


Luận Văn Tốt Nghiệp

GVHD: TS. Lê Kỷ

- Sa khi đạt độ cao nhất định vùng khơng khí này bị lạnh đi, hơi nước
ngưng tụ thành những giọt nước li ti hoặc thành những tinh thể ăng à tạo
thành các đám m y dông. Các đám m y mang điện là kết quả của sự phân tích
các điện tích trái dấu và tập trung trong các phần khác nhau của đám m y.
- Kết quả quan trắc cho thấy rằng phần dưới của các đám m y dông chủ
yếu là chứa các điện tích m, do đó cảm ứng trên mặt đất những điện tích
dương tương ứng và tạo nên một tụ điện khơng khí khổng lồ .Cường độ điện
trường tr ng ình nơi đồng nhất thường ít khi á 1KV/cm, nhưng cá iệt nơi
mật độ điện tích cao, hoặc nơi có ật dẫn điện tốt nhơ lên cao trong mặt đất
điện trường cục bộ có thể cao hơn nhiều và có thể đạt đến ngưỡng ion hóa
khơng khí (ở mặt đất trị số này 25-30KV/cm và càng lên cao càng giảm, ở độ
cao một vài kilomét giảm còn khoảng 10KV/cm) sẽ gây ion hóa khơng khí tạo
thành dịng plasma, mở đầ cho á trình hóng điện sét giữa mây dơng và
mặt đất.

Hình 1.1: Sự phát triển của sét trong đám mây dơng.
- Sét thực chất là một dạng hóng điện tia lửa trong khơng khí với khoảng
cách hóng điện rất lớn. Chiều dài trung bình của khe sét khoảng 3  5 Km,
phần lớn chiề dài đó hát triển trong các đám m y dơng. Q á trình hóng
điện của sét tương tự á trình hóng điện tia lửa trong điện trường rất khơng
đồng nhất với khoảng cách hóng điện lớn.

Trang 5

Luan van

HVTH:Trần Công Thiện


Luận Văn Tốt Nghiệp

GVHD: TS. Lê Kỷ

Hình 1.2: Sự phát triển của sóng điện sét trong đám mây dơng.
1.3.Cường độ hoạt động của sét
1.3.1.Số ngày sét
- Cường độ hoạt động của sét được biểu thị bằng số ngày có giơng sét
hàng năm (nngs). Các số liệ này được xác định theo số liệu quan trắc ở các
đài trạm khí tượng phân bố trên lãnh thổ từng nước. Theo số liệu thống kê của
nhiề nước, ta có:
- Số ngày sét hàng năm ở ùng xích đạo : 100  150 ngày.
- Số ngày sét hàng năm ở vùng nhiệt đới : 75  100 ngày.
- Số ngày sét hàng năm ở ùng ôn đới : 30  50 ngày.
1.3.2.Mật độ sét
- Để tính tốn số lần có hóng điện xuống đất, cần biết số lần có sét đánh

trên diện tích 1[km2] mặt đất ứng với một ngày sét, có trị số khoảng ms = 0,1

 0,15 [lần/km2/ngày sét]. Từ đó, sẽ tính được số lần sét đánh ào các cơng
trình tải điện. Kết quả tính tốn này cho một giá trị trung bình.

Trang 6

Luan van

HVTH:Trần Cơng Thiện


Luận Văn Tốt Nghiệp

GVHD: TS. Lê Kỷ
 Mật độ

STT

t trung bình năm tại Việt Nam
Địa điểm
(Tên trạm khí tượng)

Tỉnh, thành phố

Mật độ sét
(số lần/km2/năm)

1.

Ninh Thuận

Phan Rang

1,0

2.

Phú n

Tuy Hịa

3,4

3.

An Giang

Ch

Đốc

4,5

4.

Thái Bình

Thái Bình

5,1

5.

Hà Tĩnh

Kỳ Anh

6,1

6.

Bà Rịa Vũng Tà

Vũng Tà

7,1

7.

Thanh Hóa

Thanh Hóa

8,0

8.

Hải Phịng

Phú Liễn

9,0

9.

Gia Lai

Pleiku

9,4

10.

Yên Bái

Yên Bái

9,7

11.

Thừa Thiên Huế

A Lưới

10,0

12.

Hà Giang

Hà Giang

10,5

13.

Bạc Liêu

Bạc Liêu

11,0

14.

Cà Mau

Cà Mau

11,9

15.

Đăk Nơng

Đăk Nơng

12,2

16.

Đăk Lăk

Ban Mê Thuột

13,0

17.

Bình Phước

Đồng Phú

14,9

18.

Long An

Mộc Hóa

16,2

(Nguồn: Viện Vật lý địa cầu)

1.4.Các tham số của phóng điện sét
U (%)
100

50
Umax
0


đs

Umax
2

t (s)


s

Hình 1.3: Dạng dịng điện sét
Trang 7

Luan van

HVTH:Trần Công Thiện


Luận Văn Tốt Nghiệp

GVHD: TS. Lê Kỷ

- Dạng điện sét có dạng một sóng xung (Hình 1.3). Trung bình trong
khoảng vài s, dòng điện tăng nhanh đến trị số cực đại tạo nên phần đầu sóng
à sa đó giảm chậm trong khoảng (20100)s tạo nên phần đ ơi sóng.

1.4.1.Biên độ dòng điện sét
- Xác suất xảy ra dòng điện sét có iên độ lớn hơn hoặc bằng I được xác
định :

vI  e



I
26,1

(1-1)

- Ở những ùng đồi núi, iên độ dòng điện sét thường é hơn so ới những
ùng đồng bằng khoảng vài lần, do khoảng cách từ đất lên các đám m y
giơng ngắn hơn nên hóng điện sét đã có thể xảy ra, ngay khi mật độ điện tích
của các đám m y cịn é hơn. Tức là xác suất xuất hiện dịng điện sét có biên
độ lớn thấ hơn.
vI  e



Ip
30

(1-2)

1.4.2.Thời gian đầu óng và độ dài dịng điện sét
- Thời gian đầ sóng hay độ dài đầ sóng được ký hiệu là đs.
- Độ dài sóng dòng điện sét (s) là thời gian cho đến khi dịng sét giảm cịn

khoảng 1/2 iên độ của nó.
- Kết quả đo đạc cho thấy phần lớn sóng dịng điện sét có thời gian đầu
sóng đs = (110)s thường gặp là (14)s à độ dài sóng trong khoảng s =
(20100)s. Trong tính tốn thiết kế thường lấy thời gian đầu sóng đs =1,2s
à độ dài sóng trung bình s là 50s tương ứng với dạng sóng chuẩn (1,2/50).
- Số liệu quan trắc sét ở nhiề nước trong nhiề năm cho thấy, sóng dịng
điện sét mang cực tính âm xuất hiện thường x yên hơn à chiếm khoảng 80%
 90% toàn bộ số lần hóng điện sét.
1.5.Số lần

t đánh trong một năm

- Xét một đường dây có chiề dài là L[km], độ treo cao trung bình của
d y trên cùng là h[m], đường dây sẽ thu hút về hía mình các hóng điện của
sét trên dải đất có chiều rộng là 6h và chiều dài bằng cả chiều dài của đường
dây. Tổng số lần có sét đánh thẳng lên đường dây hàng năm là:
Trang 8
HVTH:Trần Công Thiện

Luan van


Luận Văn Tốt Nghiệp

GVHD: TS. Lê Kỷ
N = (0,10,15).6h cstb .L.10-3.nngs

(1-3)

Trong đó

ms: mật độ sét vùng đi

a.

nngs: số ngày sét trong một năm.
h cstb : chiều cao trung bình của dây dẫn [m].
h cstb = hcsL:

2 cs cs
f ,f :.
3

chiều dài của đường dây[km]. Lấy L = 100(km) ta sẽ có số
lần sét đánh ào 100(km) dọc chiề dài đường dây trong
một năm. N là tổng số lần sét đánh ào đường dây được tính
tốn như sa :

N = (0,1  0,15).6h cstb .100.10-3.nngs = (0,06  0,09).h cstb .nngs

(1-4)

- Tuỳ theo vị trí sét đánh, á điện áp xuất hiện trên cách điện đường dây
có trị số khác nhau. Số lần sét đánh trực tiế ào đường dây có các trường
hợp sau:
 Đường dây khơng treo dây chống sét
1

2

3

N

1

2

3

1

2

3

Mặt đất
Rc

Rc

Trang 9

Luan van

Rc

HVTH:Trần Cơng Thiện


Luận Văn Tốt Nghiệp

GVHD: TS. Lê Kỷ
N

1

1

2

3

1

2

3

2

3

Mặt đất
Rc

Rc

Rc

Hình 1.4: Các trường hợp sét đánh vào đường dây không treo dây

chống sét
 Đường dây có treo dây chống sét
N
đc

N
đv

N

4

4

1



kv

1





2

1

3





2

3



2

3

Mặt đất
Rc

Rc

Rc

Hình 1.5: Các trường hợp sét đánh vào đường dây có treo dây chống
sét
Trang 10

Luan van

HVTH:Trần Công Thiện

Luận Văn Tốt Nghiệp

GVHD: TS. Lê Kỷ

1.6.Xác suất phóng điện
- Xác suất hóng điện được ký hiệu là  đ là xác suất xuất hiện dòng điện
sét g y nên điện áp do á điện áp khí quyển trên cách điện đường dây hơn
giá trị điện áp xung kích của chuỗi cách điện (U50%), được xác định như sa :
 pđ  PU  U50% 

(1-5)

1.7.Suất cắt đường dây
- Suất cắt đường dây là số lần cắt điện của đường dây có chiều dài 100km
trong một (01) năm, ký hiệ là n à được tính như sa :
n = N.. (lần/100km.năm)

(1-6)

Trong đó:
N:

số lần sét đánh ào đường dây với chiều dài là 100km.

 đ: xác suất hóng điện.
:

xác suất hình thành hồ quang.

1.8.Biện pháp bảo vệ chống sét trên đường dây trung áp
- Vấn đề bảo vệ sét cho lưới trung áp rất khó khăn do mức cách điện xung
kích thấp, khơng dùng dây chống sét, vì vậy việc sử dụng các chống sét van
kết hợp với nối đất các cột điện là một giải pháp nâng cao chỉ tiêu chịu sét cho
đường dây trung áp.
- Sa đ y là một số giải pháp để giảm sự hóng điện khi bị sét đánh trên
đường dây trung áp.
- Giải pháp giảm điện trở nối đất chỉ nên thực hiện tại những vùng tuyến
đi a có điện trở suất của đất thấ . Khi đó, điện trở nối đất giảm nhanh và hệ
thống nối đất tốt, có lợi cho việc bảo vệ chống sét.
- Những nơi có điện trở suất đất cao như tại những ùng đất cát, đất đồi
nhiều sỏi đá, núi đá hong hóa như T y Ng yên của nước ta… iệc thiết kế
hệ thống nối đất sao cho đạt được trị số điện trở nối đất theo yêu cầu là một
điều hết sức khó khăn.
- Thêm ào đó, điện trở nối đất khơng giảm tuyến tính khi bổ sung số
lượng cọc – tia cho hệ thống nối đất, nghĩa là đến một số lượng cọc – tia nhất
Trang 11

Luan van

HVTH:Trần Công Thiện


Luận Văn Tốt Nghiệp

GVHD: TS. Lê Kỷ

định thì việc tăng số lượng cọc – tia làm giảm không nhiều giá trị điện trở nối
đất, không đem lại hiệu quả cao, đồng thời làm gia tăng chi hí x y dựng.

- Tại những vùng tuyến đường d y đi a có điện trở suất của đất lớn, nếu
đầ tư hệ thống nối đất tốt thì rất tốn kém, nế khơng đầ tư hệ thống nối đất
thì treo dây chống sét cũng không mang lại hiệu quả nên việc treo chống sét
an cho đường dây cần được an t m để giảm suất cắt đường dây trung áp.
- Biện pháp hiệu quả là lắ đặt chống sét van cho đường dây trung áp, các
ha được lắ đặt chống sét van sẽ không xuất hiện hóng điện hồ quang duy
trì trên cách điện nên không bị cắt điện đường dây trung áp.
- T y nhiên, để bảo vệ an toàn cho đường dây trung áp, cần phải lắ đặt
chống sét van trên hầu hết các pha tại các vị trí cột của đường dây dẫn đến chi
hí đầ tư cao.
- Do đó, đường dây cần phải được lắp đặt chống sét van một cách có chọn
lọc theo thực tế từng đường dây cụ thể để tăng tính hiệu quả à đảm bảo điều
kiện kinh tế - kỹ thuật.
1.9.Một số giải pháp liên quan đề tài
- Trong nước chưa có trương trình nào cụ thể cho mơ phỏng và tính tốn lắp
đặt chống sét an trên lưới trung thế 22kv.
 Một số chương trình tham khảo:

+ Q á điện áp khí quyển đường dây phân phối trên không[15].
+ Thiết kế chống sét để bảo vệ hệ thống điện[17].
+ So sánh công cụ mô phỏng ATPDraw và Tflash nghiên cứu quá áp sét[14].
+ Mô phỏng các cách điện và bảo vệ đường dây phân phối bằng chống sét van
tại khu vực có sét[16].
-Những giải pháp trên cần có tính tốn mơ phỏng cho lưới điện về việc lắ đặt
chống sét an trên đường dây trung thế lưới điện 22kv.

Trang 12

Luan van

HVTH:Trần Công Thiện


Luận Văn Tốt Nghiệp

GVHD: TS. Lê Kỷ

Chương 2

GIỚI THIỆU VỀ CHƯƠNG TRÌNH ATP-EMTP
2.1.Sơ lược lịch sử phát triển của chương trình ATP-EMTP
- Chương trìnhquá độ điện từ trong hệ thống điện,(EMTP – Electromagnetic
Transients Programme) là một chương trình máy tính dùng cho iệc mơ
phỏng các

á trình

á độ điện từ, điện cơ à sét đánh hệ thống điều

khiển trong hệ thống điện nhiều pha.
- Chương trình E TP được phát triển vào những năm c ối của thập kỷ 60
thế kỷXX bởi tiến sĩ Hermann Dommel, ơng đã mang chương trình này
đến BonnevillePower Administration (BPA).
- Vào năm 1973 khi giáo sư Dommel rời khỏi BPA để chuyển đến đại học
British Columbia (UBC), hai phiên bản của chương trình đã được định
hình: Phiên bản tương đối nhỏ UBC được sử dụng chủ yế để phát triển
các mơ hình; và phiên bản BPA, mở rộng nhằm hướng tới các yêu cầu của
các kỹ sư điện. Phiên bản BPA của chương trình E TP được phát triển
nhờ những nỗ lực cộng tác của tiến sỹ Scott Meyer và tiến sỹ Tsu-huei Liu
của BPA, cũng như sự đóng gó của hàng loạt các Cơng ty Điện lực và các

Trường đại học Bắc Mỹ. Nhằm hợp lý hóa sự phát triển của chương trình
và thu hút sự tài trợ từ các Cơng ty Điện lực, nhóm phối hợp phát triển
chương trình E TP (DCG) đã được thành lậ

ào năm 1982 à được

thương mại hóa đầ tiên ào năm 1984.
- Vào năm 1986, tiến sỹ Scott Meyer rời khỏi DCG, ơng đã tích cực chủ
trương

hát triển một phiên bản độc lập của EMTP gọi là ATP

(Alternative Transients Programme).
- Năm 1989, UBC tiếp tục phát triển à thương mại hố phiên bản an đầu
của EMTP nhắm ào dịng máy PC dưới tên gọi là MicroTran.Vào giữa
những năm 80 thế kỷ trước, Trung tâm nghiên cứu HVDC Manitoba phát
Trang 13

Luan van

HVTH:Trần Công Thiện


Luận Văn Tốt Nghiệp

GVHD: TS. Lê Kỷ

triển một phiên bản của EMTP (EMTDC) nhằm chủ yếu cho việc mô
phỏng hệ thống một chiều HVDC
- ATP được đánh giá là một trong những chương trình được quốc tế sử dụng

rộng rãi nhất để mô phỏng các hiện tượng

á độ điện từ, điện cơ,sét đánh

trong hệ thống điện. Cách tính tốn trong miền thời gian (time domain), nó
rất quan trọng khi muốn tính tốn các sóng hài và với các phần tử phi
tuyến tính (non-linear elements).
2.2.Các thành phần trong thư viện của ATP
- Các phần tử R, L, C tuyến tính và phi tuyến
- Các thiết bị đo: đo dòng, đo á , Tacs,

odels,

- Các mơ hình đường dây truyền tải.
- Các công tắc điều khiển theo thời gian, điện áp, công tắc từ, cơng tắc
thống kê . …
- Mơ hình máy biến á :

BA lý tưởng, MBA bão hòa, MBA tự ngẫ

. …

- Mơ hình các nguồn áp, nguồn dịng, các nguồn phân tích: hàm dốc, hàm
mũ, hàm sin
-

ơ hình máy điện quay: động cơ đồng bộ, không đồng bộ 1pha, 3 pha

- Các van : diodes, thyristor, triacs v.v..
- Ngoài ra người sử dụng cịn có thể tạo ra các thành phần điện khác để thực

hiện mô phỏng.

Trang 14

Luan van

HVTH:Trần Công Thiện


Luận Văn Tốt Nghiệp

GVHD: TS. Lê Kỷ

2.3.Mơ hình hợp nhất các Module mơ phỏng trong ATP
Mơ hình ATP:
Các nguồn áp
Các nguồn dịng
Cơng tắc điều khiển...

Các điện áp nút
Các dịng điện nhánh
Trạng thái của các cơng tắc...
Hình 2.1: Mơ hình hợp nhất ATP
- ATP có các chương trình hụ (S

orting rograms): Đó là các thủ tục

con cho sự chuẩn bị dữ liệu vào của một số hệ thống thành phần.
- ATP liên kết qua lại với TACS à

ODELS để đi h n tích hệ thống điều

khiển. ATPDraw được dùng để thành lập các mơ hình mạch điện, dùng
trong giao tiếp giữa ATP với TACS và MODELS khi chạy mô phỏng.
- MODELS là một ngôn ngữ mô tả đa năng được hổ trợ bởi một tập hợp
rộng lớn các công cụ mô phỏng cho việc trình bày và nghiên cứu các hệ
thống thay đổi theo thời gian.
+ Cấu trúc mỗi mơ hình cho phép sử dụng những định dạng tự do, cấu trúc
từ khóa và những ăn ản riêng biệt.

Trang 15

Luan van

HVTH:Trần Công Thiện


Luận Văn Tốt Nghiệp

GVHD: TS. Lê Kỷ

+ MODELS trong ATP mô tả những thành phần điều khiển và mạch điện
do người dùng tạo ra, cung cấp một giao diện đơn giản để kết nối với các
chương trình hay mod le khác tới ATP.
+ Như một cơng cụ lậ chương trình đa năng,

ODELS có thể được dùng

để xử lý các kết quả mô phỏng trong miền tần số hay miền thời gian.
- TACS (Transient Analysis of Control Systems) là một mô hình dùng để

mơ phỏng cho hệ thống điều khiển trong miền thời gian. Nó được phát
triển đầu tiên cho sự mơ phỏng những bộ điều khiển biến đổi HVDC.
TACS có thể được sử dụng để mô phỏng:
+ Những bộ biến đổi điều khiển HVDC.
+ Những hệ thống kích thích của máy đồng bộ.
+ Năng lượng điện à điều khiển.
+ Hồ

ang điện.

- Giao diện giữa mạng điện à TACS được thiết lập bởi sự trao đổi các tín
hiệ như điện á nút, dịng điện đóng cắt, trạng thái đóng cắt, điện trở thay
đổi theo thời gian, nguồn áp và dòng.
2.4.Những module chính trong ATP
- ATP có 6 module chính:
A. Module ATPDraw:

Hình 2.2: Giao diện ATPDraw

Trang 16

Luan van

HVTH:Trần Công Thiện


Luận Văn Tốt Nghiệp

GVHD: TS. Lê Kỷ

B.ModulePLOT XY:

Hình 2.3:Giao diện PlotXY
C.Module ATP CONTROL CENTER (ATPCC):

Hình 2.4: Giao diện ATP Control Center
D.Module PCPLOT:

Hình 2.5: Giao diện PCPlot
E.Module GTPPLOT:

Hình 2.6: Giao diện GPPLOT
Trang 17

Luan van

HVTH:Trần Công Thiện


Luận Văn Tốt Nghiệp

GVHD: TS. Lê Kỷ

F.Module PROGRAMMER’SFILE EDITOR (PFE):

Hình 2.7: Giao diện PFE
- Trong 6 mod le trên, mod le đóng ai trị nền tảng cho các module khác
chính là ATPDraw.

Hình 2.8: Mối tương quan giữa ATPDraw với các Module khác

2.5.Một số ứng dụng quan trọng của ATP:
- Q á điện á do sét đánh (Lightning o er oltage st dies).
- Q á độ do đóng cắt và sự cố (Switching transients and faults).
- Q á điện á đồng bộ

à tĩnh (Statistical and systematic o eer oltage

studies).
- Q á độ thay đổi nhanh trong GIS và nối đất (Very fast transients in GIS
and groundings).
Trang 18

Luan van

HVTH:Trần Công Thiện


Luận Văn Tốt Nghiệp

GVHD: TS. Lê Kỷ

- Xây dựng mô hình máy điện (Machine modeling).Ổn định

á độ và khởi

động động cơ (Transient sta ility, motor start ).
- Các dao động xoắn trục (Shaft torsional oscillations).
- Đóng cắt máy biến á

à kháng điện/tụ điện (Transformer and shunt

reactor/capacitor switching).
- Cộng hưởng sắt từ (Ferroresonance).
- Những ứng dụng của thiết bị điện tử công suất (Power electronic
applications).
- Chế độ máy cắt (hồ

ang điện), sự thay đổi nhanh của dòng điện (Circuit

breaker duty (electric arc), current chopping).
- Thiết bị FACS: Xây dựng mơ hình STARTCOM, SVC, UPFC, TCSC.
- Phân tích hài, cộng hưởng lưới (Harmonic analysis, network resonances).
- Thử nghiệm thiết bị bảo vệ (Protective device testing).
2.6.Sơ lược về ATPDraw:
- ATPDraw là chương trình đồ họa, đồng thời là phiên bản ATP của EMTP
trên nền Windows. Chương trình được viết bằng ngơn ngữ Borland Delphi
2.0 và hoạt động trong môi trường Windows. Trong ATPDraw, người dùng
xây dựng mạch điện bằng chuột và lựa chọn các thành phần có sẵn trong
thư iện, sa đó ATPDraw sẽ tạo ra file ào ATP tương ứng - tự động đúng
trong khuôn dạng.ATPDraw tự quản lý các nút trong mạch điện, người
dùng có thể đặt tên cho các nút quan trọng. Chương trình mơ hỏng trong
ATP à chương trình đồ thị đề tương thích ới ATPDraw.
- ATPDraw cung cấp các kiểu mạch mẫu, các mạch mẫu này có thể làm
việc đồng thời trên nhiều mạch và sao chép thông tin giữa các mạch. Toàn
bộ mạch đều thao tác rất dễ dàng như:sao/dán (copy/paste), xoay (rotate),
xuất/nhập (import/export), nhóm/khơng nhóm (group/ungroup), trở về/tiến
lên ( ndo/redo), in ( rint)....Hơn nữa, ATPDraw cung cấp cho Windows
thư iện hồ sơ à tập tin xuất. Mạch vẽ được lư trữ thành các tập tin riêng
Trang 19

Luan van

HVTH:Trần Công Thiện


Luận Văn Tốt Nghiệp

GVHD: TS. Lê Kỷ

biệt, bao gồm đầy đủ các thiết bị mô phỏng và lựa chọn. Các tậ tin được
nén lại và có thể chia sẽ dễ dàng vớimột ài chương trình khác.
- Hầu hết những thiết bị tiêu chuẩn trong ATP (cả 1 pha lẫn 3 ha) đề được
cung cấp trong TACS, đồng thời người dùng có thể tạo ra thiết bị mới
trong MODELS hoặc Incl de (Data Base

od le).

ơ hình đường

dây/cáp (KCLee,PI-e i alent, Semlyen, J arti and Noda) cũng được
cung cấp trong ATPDraw với đầy đủ các chức năng điều chỉnh hình họa,
dữ liệu và có thể kiểm tra, thực hiện trong miền tần số. Các thiết bị quét
tần số hài (Harmonic Frequency Scan - HFS) cũng được đưa ào. Các
thành phần đặc biệt của động cơ à máy iến á cũng được cung cấp cho
người dùng dựa trên tiêu chuẩn của Universal Machine và BCTRAN trong
ATP-E TP. Ngồi ra, ATPDraw cịn cho hé người dùng nhóm các thiết
bị (khơng giới hạn số lượng) thành một biể tượng nhằm mục đích đơn
giản hóa và sử dụng dễ dàng hơn.
2.7.Làm việc với dao diện ATPDraw
- Khi khởi động chương trình ATPDraw ta sẽ có màn hình soạn thảo như sa :

Main menu

Toolbar Icons

Circuit window

component selection
menu

Hình 2.9: Các thành phần chính trong giao diện ATPDraw
- Chương trình gồm: Main menu - Danh mục chính (gồm các trình đơn: File,
Edit,View, ATP, Objects, Tools, Window, Help), Toolbar Icon - Thanh
cơng cụ, Circuit Window - Màn hình soạn thảo (mặc định là Noname.adp),
Component selection menu - Danh mục lựa chọn thiết bị.
Trang 20

Luan van

HVTH:Trần Công Thiện


Luận Văn Tốt Nghiệp

GVHD: TS. Lê Kỷ

2.8.Library equipment( thư viện thiết bị)
- Đ y là danh sách lựa chọn các phần tử điện,
cung cấp những tùy chọn cho việc tạo và
chèn các thành phần mới vào trong cửa sổ
mạch.

- Danh sách này thường ẩn,để nhìn thấy và
kích hoạt danh sách này,ta nhấp chuột phải
vào một chổ trống trong cửa sổ mạch,di
chuyển chuột để chọn thiết bị cần sử dụng.
Hình 2.10:Danh mục thiết bị - Thiết bị được chọn sẽ xuất hiện ngay trung

tâm của cửa sổ mạch à được bao bởi một
hình chữ nhật. Ta có thể di chuyển các thiết
bị này bằng cách nhấp giữ chuột trái và kéo
2.8.1.Probes& 3-pha e (Máy đo & 3 pha):

tới vị trí cần, để xoay các thiết bị này ta nhấp
chuột phải và mỗi lần nhấp ta xoay được

.

Hình 2.11: Probe&3-phase
+ Probe Volt:

: Bộ cảm biến điện áp lựa chọn trong trường này giúp

xác định nút điện á đầ ra đối với đất trong ATP-file.

+ Probe line volt:

: Bộ cảm biến điện áp dây
Trang 21

Luan van

HVTH:Trần Công Thiện


Luận Văn Tốt Nghiệp

GVHD: TS. Lê Kỷ
:Bộ cảm biến được chọn trong trường này

+Probe Branch Volt:

truy xuất các điện áp của nhánh để xác định một nhánh điện á đầu ra theo
yêu cầu trong ATP-file. ATPDraw chèn một điện kháng 1E+9 ohm .
+Probe Current:
:

áy đo dòng điện.

+Probe Tacs :

: Máy kiểm tra Tacs

+ Probe Models:

: Bộ cảm biến được chọn trong trường này có thể

được thêm vào các nút đầu ra.
+Splitter:

: Sự ghép nối giữa mạch 3 pha và một pha

+ collector:

: Bộ gom đối tượng là một phần của nút gồm nhiều

pha.Nó chỉ được dùng thêm vào trong một bộ nén
+ Transp 1 ABC-BCA ... Transp 4 ABC-ACB: Hoán vị giữa các pha
trong mạng 3 pha. Bao gồm các kiểu hoán vị sau:
Hoán vị từ ABC sang BCA.
Hoán vị từ ABC sang CAB.
Hoán vị từ ABC sang CBA.
Hoán vị từ ABC sang ACB.
ABC/DEF Reference: Các phần tử tham khảo để chỉ rõ nút tổng
cho sự nối tiếp pha.
2.8.2.Brach Linear (Nhánh tuyến tính):

Trang 22

Luan van

HVTH:Trần Cơng Thiện


Luận Văn Tốt Nghiệp

GVHD: TS. Lê Kỷ

Hình2.12: Nhánh tuyến tính
: Điện trở thuần R. Đơn ị của điện trở là Ohm (Ω)

+ Resistor:

Tụ điện có điện trở nội, có đơn ị là µF nếu Copt. = 0,

+ Capacitor:

à có đơn ị là µMoh nếu Copt. = tần số nguồn. Ở đ y Co t. được chọn từ
ATP/Settings/Simulation.
:Điện cảm có điện trở nội, có đơn ị là mH nếu Xopt. = 0

+ Inductor:

à có đơn ị là Ohm nếu Xopt. = tần số nguồn. Ở đ y Xo t.được chọn từ
ATP/Settings/Simulation .
+ RLC:

: R,L,C mắc nối tiếp.

+ RLC 3-ph:

: 3 pha R, L, C mắc nối tiếp và có giá trị độc lập trong

các pha.
+ RLC-Y 3-ph:

: 3 pha R, L, C mắc Y và có giá trị độc lập trong các

pha.
+ RLC-  3-ph:

: 3 pha R, L, C mắc  và có giá trị độc lập trong các

pha.

+ C:U(0):

: Tụ điện với điều kiện an đầu.
Trang 23

Luan van

HVTH:Trần Công Thiện