nghiên cứu thiết bị facts statcom đặt trên đường dây truyền tải ảnh hưởng sự làm việc bảo vệ khoảng cách

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

LUẬN VĂN THẠC SĨ
BÙI VĂN HIỀN

NGHIÊN CỨU THIẾT BỊ FACTS STATCOM ĐẶT TRÊN
ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ẢNH HƯỞNG SỰ LÀM VIỆC
BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH

Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 605270

S KC 0 0 4 1 9 3

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2014


LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC:
Họ & tên: Bùi Văn Hiền

Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 15/06/1980

Nơi sinh: Quảng Ngãi

Quê quán: Quảng Ngãi

Dân tộc: Kinh

Địa chỉ liên lạc: KP8, TT. Vĩnh An, Huyện Vĩnh Cửu, Tỉnh Đồng Nai.
Điện thoại cơ quan:

Điện thoại nhà riêng: 0963811657

Fax:

E-mail:

II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Trung học chuyên nghiệp:
Hệ đào tạo:

Thời gian đào tạo từ ……/…… đến ……/ ….

Nơi học (trƣờng, thành phố):
Ngành học:
2. Đại học:
Hệ đào tạo: Chính quy

Thời gian đào tạo từ 08/2000 đến 06/2005

Nơi học (trƣờng, thành phố): Trƣờng Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng.
Ngành học: Điện kỹ thuật
Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống bù gạch tự động
trong nhà máy gạch Cosevco.
Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: 21/06/2005, Trƣờng Đại
HọcBách Khoa Đà Nẵng.
Ngƣời hƣớng dẫn: ThS. Trần Thị Nga.

III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI
HỌC:
Thời gian
2005 - nay

Nơi công tác

Công việc đảm nhiệm

Công ty TNHH MTV Điện lực
CB. Kỹ thuật
Đồng Nai

i


LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công
bố trong bất kỳ công trình nào khác.

Tp. Hồ Chí Minh, ngày 19 tháng 04 năm 2014

Bùi Văn Hiền

ii


LỜI CẢM TẠ
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến giảng viên hƣớng dẫn, thầy PGS. TS

Nguyễn Hoàng Việt, giảng viên trƣờng Đại Học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh,
ngƣời đã tận tình chỉ bảo, hƣớng dẫn tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn thầy PGS. TS Quyền Huy Ánh, Trƣởng Khoa Điện
– Điện Tử, Chủ nhiệm ngành Điện – Điện Tử Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật
TP.HCM; Thầy TS. Trương Việt Anh Cố vấn Cao học - Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm
Kỹ Thuật TP.HCM đã giúp đỡ, động viên tinh thần cho tôi trong suốt thời gian học tập
và thực hiện luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô trong Khoa Điện – Điện Tử, Phòng Đào
tạo Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh đã giúp đỡ tôi rất nhiều
trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn Trung tâm Điều độ HTĐ Miền Namđã giúp đỡ và tạo
điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành luận văn này.
Cuối cùng, tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè và đồng nghiệp
những ngƣời đã giúp đỡ, động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành
khoá học này.

Học viên

Bùi Văn Hiền

iii


TÓM TẮT
Thiết bị truyền tải điện AC linh hoạt (FACT) thƣờng đƣợc sử dụng để nâng cao
khả năng điều khiển và tăng khả năng truyền tải công suất của lƣới điện. Tuy nhiên,
trong mạng lƣới hệ thống điện, khi lắp đặt thiết bị FACTS nhƣ STATCOM thƣờng bị
ảnh hƣởng đến các phần tử hoạt động của hệ thống nhƣ rơle khoảng cách. Bài viết này
trình bày mục đích nghiên cứu sự ảnh hƣởng của thiết bị Facts STATCOM đặt trên
đƣờng dây 500kV Nhà Bè – Ô MÔN ảnh hƣởng đến sự làm việc của rơ le bảo vệ

khoảng cách khi có ngắn mạch xảy ra, khi không có và có lắp đặt thiết bị STATCOM
cho những vị trí đầu đƣờng dây Ô MÔN, giữa đƣờng dây và cuối đƣờng dây NHÀBÈ. Từ kết quả nghiên cứu, giúp ta tìm ra phƣơng án vận hành tốt hơn lúc chạm đất
một pha, hai pha hoặc ba pha trên hệ thống truyền tải khi lắp đặt STATCOM đã đƣợc
nghiên cứu, kết quả mô phỏng bằng phần mềm PSCAD cho thấy rõ tác động của các
thiết bị STATCOM ảnh hƣởng đến hiệu suất làm việc của rơ le khoảng cách.

ABSTRACT

Flexible AC Transmission (FACT) devices are normally used to enhance
controllability and increase power transfer capability of the grid. However, in power
systems grids, presence of FACT devices such as STATCOM (Static Synchronous
Compensator) usually affects the operation of some subsystems such as distance
relays. This paper presents

purpose of studying the influence Facts STATCOM

devices placed on 500kV Nha Be- OMON affectto the work of the distance protection
relay when a short circuit occurs in the absence of equipment and installation
STATCOM at near OMON line, mid-point and far Nha-Be. From the research results,
help us find a better plan operating at single line to ground fault, two-phase or threephase transmission system when installing STATCOM was original research,
simulation results using PSCAD software for clearly see the impact of STATCOM
devices affect the performance of the distance relay.

iv


MỤC LỤC
Trang tựa

TRANG

LÝ LỊCH KHOA HỌC ....................................................................................................i
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................... ii
LỜI CẢM TẠ ................................................................................................................ iii
TÓM TẮT.......................................................................................................................iv
ABSTRACT ...................................................................................................................iv
MỤC LỤC .......................................................................................................................v
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ............................................................................................ vii
DANH SÁCH CÁC BẢNG ...........................................................................................ix
DANH SÁCH CÁC HÌNH .............................................................................................. x
CHƢƠNG 1. ....................................................................................................................1
TỔNG QUAN..................................................................................................................1
1.1 Tổng quan về hƣớng nghiên cứu. ..............................................................................1
1.2 Tính cấp thiết của đề tài............................................................................................. 2
1.3 Mục đích nghiên cứu, khách thể và đối tƣợng nghiên cứu. ......................................3
1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu và giới hạn của đề tài. ............................................................ 3
1.4.1 Nhiệm vụ nghiên cứu. ............................................................................................3
1.4.2 Giới hạn của đề tài. .................................................................................................3
1.5 Phƣơng pháp nghiên cứu. .......................................................................................... 4
1.6 Nội dung nghiên cứu. ................................................................................................ 4
CHƢƠNG 2. ....................................................................................................................5
CƠ SỞ LÝ THUYẾT ......................................................................................................5
2.1 Mô hình toán học của đƣờng dây dài. .......................................................................5
2.2 Xác định các thông số mạng bốn cực. .......................................................................6
2.3 Công suất ở hai đầu đƣờng dây theo mạng bốn cực..................................................7
2.4 Khả năng tải của đƣờng dây ......................................................................................8
2.5 Nâng cao khả năng tải đƣờng dây .............................................................................9
2.5.1 Bù các tham số đƣờng dây: đƣợc chia làm ba nhóm. .............................................9
2.5.2 Bù nối tiếp. ...........................................................................................................10
2.5.3 Bù song song. .......................................................................................................10

CHƢƠNG 3. ..................................................................................................................12
BẢO VỆ KHOẢNG CÁCH .......................................................................................... 12
3.1 Nguyên tắc hoạt động và vùng bảo vệ.....................................................................13
3.2 Đặc tuyến khởi động bảo vệ khoảng cách. .............................................................. 15
3.3 Sơ đồ nối rơle tổng trở vào áp pha và dòng pha có bù thành phần thứ tự không - Sơ
đồ bù dòng. ....................................................................................................................19
3.4 Đánh giá bảo vệ khoảng cách. .................................................................................21
CHƢƠNG 4. ..................................................................................................................22
THIẾT BỊ BÙ ĐỒNG BỘ TĨNH STATCOM .............................................................. 22
4.1 Giới thiệu. ................................................................................................................22
4.2 Nguyên tắc làm việc của STATCOM. ....................................................................22
4.3 Phân tích mạch đơn giản một STATCOM ba pha sáu xung. ..................................25
4.3.1 Biểu thức của dòng điện xoay chiều.....................................................................27
4.3.2 Điện áp và dòng điện một chiều: ..........................................................................28
4.4 Mô hình điều khiển của STATCOM. ......................................................................30
CHƢƠNG 5. ..................................................................................................................32
v


ỨNG DỤNG PHẦN MỀM PSCAD ĐỂ MÔ PHỎNG LƢỚI ĐIỆN. .......................... 32
5.1 Giới thiệu. ................................................................................................................32
5.2 Mô hình mô phỏng hệ thống điện 500kV NHÀ BÈ – Ô MÔN............................... 34
5.3 Mô tả rơle bảo vệ khoảng cách. ...............................................................................34
5.4 Rơle khoảng cách trong PSCAD. ............................................................................35
5.4.1 Phần xử lý tín hiệu. ...............................................................................................36
5.4.2 Phần sơ đồ bảo vệ. ................................................................................................37
5.5 STATCOM trong PSCAD. ......................................................................................39
5.5.1 Điều khiển vòng lặp điện áp. ................................................................................39
5.5.2 Điều khiển PWM. .................................................................................................41
5.6 Trƣờng hợp nghiên cứu. .......................................................................................... 45

5.6.1 Sơ đồ lƣới điện 500kV đƣờng dây Nhà Bè – Ô Môn lúc vận hành bình thƣờng. 46
5.6.2 Sự cố một pha chạm đất. ......................................................................................48
5.6.3 Sự cố ngắn mạch hai pha B-C. .............................................................................63
5.6.4 Sự cố ngắn mạch 3 pha ABC ...............................................................................78
CHƢƠNG 6. ..................................................................................................................93
KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI .............................................93
6.1 KẾT LUẬN .............................................................................................................93
6.2 Các vấn đề còn tồn tại. ............................................................................................ 94
6.3 Hƣớng phát triển đề tài ............................................................................................ 94
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 95

vi


THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
AC

Alternating Current

DC

Direct Current

FACTS

Flexible AC Transmission Systems

PSCAD

Power Systems Computer Aided Design

STATCOM

Static Synchronous Compensator

TĐL

Tự động đóng trở lại

BVKC

Bảo vệ khoảng cách

PT

Potential transformer

VT

voltage transformer

CT

current transformer

SC

Synchronous Compensator

GTO

Gate turn off

VSC

Voltage Source Converter

PWM

Pulse width modulation

EMTP

The Electromagnetic Transient Program

SVC

Static Var Compensator

Mho Circle

Impedance Zone Element

FFT

Fast Fourier Transform

PLL

Phase Lock Loop

V 1s, V2s, V0s

The sequence phase voltages at the relay location

I1s , I2s, I0s

sequence phase currents at the relay location

I1line , I2line , I0line

sequence phase currents in transmission line

I1f , I2f, I0f

sequence phase currents in the fault

I1sh , I2sh , I0sh the shunt sequence phase currents injected by STATCOM
Z1, Z0

The sequence impedance of the transmission line

vii


Irelay

The relaying current

IR0

zero sequence phase current

If

Fault curent

Vsa

Điện áp nút tức thời pha A Ô MÔN

Vsb

Điện áp nút tức thời pha B Ô MÔN

Vsc

Điện áp nút tức thời pha C Ô MÔN

Isa

Dòng điện trên pha A Ô MÔN - NHÀ BÈ

Isb

Dòng điện trên pha B Ô MÔN - NHÀ BÈ

Isc

Dòng điện trên pha C Ô MÔN - NHÀ BÈ

Vsa

Điện áp nút tức thời pha A Ô MÔN

Vsb

Điện áp nút tức thời pha B Ô MÔN

Vrc

Điện áp nút tức thời pha C NHÀ BÈ

Ira

Dòng điện trên pha A NHÀ BÈ - Ô MÔN

Irb

Dòng điện trên pha B NHÀ BÈ - Ô MÔN

Irc

Dòng điện trên pha C NHÀ BÈ - Ô MÔN

viii


DANH SÁCH CÁC BẢNG
BẢNG

TRANG

Bảng 3.1: Chọn UR, IR đƣa vào bộ phận khoảng cách để phản ánh chạm đất 1 pha. ... 19
Bảng 4.1:Trao đổi công suất giữa STATCOM và lƣới điện ......................................... 23
Bảng 5.1: Tính toán trở kháng sự cố trong các loại sự cố khác nhau. .......................... 37

ix


DANH SÁCH CÁC HÌNH
HÌNH

TRANG

Hình 2.1: Sơ đồ thay thế của một phần tử chiều dài đƣờng dây. .................................... 5
Hình 2.2: Sơ đồ thay thế của đƣờng dây truyền tải ........................................................ 6
Hình 3.1: Đặc tính thời gian nhiều cấp của bảo vệ khoảng cách .................................. 14
Hình 3.2: Đồ thị vectơ áp và dòng ................................................................................ 15
Hình 3.3: Sơ đồ đƣờng dây khi xảy ra ngắn mạch ....................................................... 15
Hình 3.4: Biểu diễn trong mặt phẳng phức tổng trở ..................................................... 16
Hình 3.5: Đặc tính khởi động của tổng trở vô hƣớng. .................................................. 16
Hình 3.6def: Đặc tính khởi động của tổng trở có hƣớng .............................................. 18
Hình 3.7: Sơ đồ nối rơle tổng trở vào áp pha và dòng pha có bù thành phần dòng điện
thứ tự không ................................................................................................................... 19
Hình 3.8: Ngắn mạch trên đƣờng dây đƣợc bảo vệ. ..................................................... 19
Hình 4.1: Thiết bị bù đồng bộ tĩnh STATCOM. .......................................................... 22
Hình 4.2: Sơ đồ tƣơng đƣơng của máy bù đồng bộ và STATCOM ............................. 23
Hình 4.3: Sơ đồ STATCOM một pha. .......................................................................... 24
Hình 4.4: Đồ thị của UPN .............................................................................................. 24

Hình 4.5: Sơ đồ mạch điện STATCOM ba pha sáu sung. ............................................ 25
Hình 4.6: Đồ thị của Ean và ua ...................................................................................... 26
Hình 4.7: Hàm chuyển mạch của STATCOM sáu xung. ............................................. 29
Hình 4.8: Sơ đồ khối của STATCOM với điều khiển điện áp độ rộng xung (PWM). . 30
Hình 4.9: Mô hình ổn định quá độ của STATCOM với bộ điều khiển điện áp PWM. 31
Hình 5.1: Mô hình hệ thống đƣợc mô phỏng bằng PSCAD. ........................................ 34
Hình 5.2: Sơ đò khối một thành phần khoảng cách nhƣ mô hình mô phỏng. .............. 34
Hình 5.3: Mô hình rơle khoảng cách trong PSCAD. .................................................... 36
Hình 5.4: Các thành phần của phần xử lý tín hiệu ........................................................ 37
Hình 5.5: Sơ đồ bảo vệ ................................................................................................. 38
Hình 5.6: Vòng lặp điều khiển điện áp. ........................................................................ 39
Hình 5.7: Bộ điều khiển PI gián tiếp. ........................................................................... 41
Hình 5.8: Phần 1; điều khiển PWM. ............................................................................. 42
Hình 5.9: Phần 2; điều khiển PWM. ............................................................................. 42
x


Hình 5.10: Trình tự trong hệ thống khi có sự cố xảy ra trong hệ thống. ...................... 45
Hình 5.11: Sơ đồ lƣới điện lúc vận hành bình thƣờng.................................................. 46
Hình 5.12: (1) Vs:Điện áp nút Ô Môn, (2) Is:Dòng điện đo đầu xuất tuyến Ô Môn-Nhà
Bè, (3) Vr:Điện áp nút Nhà Bè, (4) Ir:Dòng điện đo đầu xuất tuyến Nhà Bè-Ô Môn, (5)
Thời gian xảy ra sự cố, (6)Tín hiệu rơle cắt MC, (7) Dòng xảy ra sự cố. ..................... 47
Hình 5.13: Vùng bảo vệ của rơle khoảng cách lúc hoạt động bình thƣờng. ................ 48
Hình 5.14: Sơ đồ lƣới điện khi xảy ra sự cố ngắn mạch pha A chạm đất. ................... 49
Hình 5.15: Sự cố chạm đất pha A nằm trong vùng bảo vệ (1) Vs:Điện áp nút Ô Môn,
(2) Is:Dòng điện đo đầu xuất tuyến Ô Môn-Nhà Bè, (3) Vr:Điện áp nút Nhà Bè, (4)
Ir:Dòng điện đo đầu xuất tuyến Nhà Bè-Ô Môn, (5) Thời gian xảy ra sự cố, (6)Tín
hiệu rơle cắt MC, (7) Dòng xảy ra sự cố. ...................................................................... 50
Hình 5.16: Điện trở xuất hiện nằm trong vùng bảo vệ của rơle khoảng cách khi ngắn
mạch pha A chạm đất .................................................................................................... 51

Hình 5.17: Sự cố chạm đất pha A nằm ngoài vùng bảo vệ (1) Vs:Điện áp nút Ô Môn,
(2) Is:Dòng điện đo đầu xuất tuyến Ô Môn-Nhà Bè, (3) Vr:Điện áp nút Nhà Bè, (4)
Ir:Dòng điện đo đầu xuất tuyến Nhà Bè-Ô Môn, (5) Thời gian xảy ra sự cố, (6)Tín
hiệu rơle cắt MC, (7) Dòng xảy ra sự cố. ...................................................................... 52
Hình 5.18: Điện trở xuất hiện nằm ngoài vùng bảo vệ của rơle khoảng cách. ............. 53
Hình 5.19: Sơ đồ lƣới điện khi xảy ra sự cố ngắn mạch pha A chạm đất khi có lắp đặt
thiết bị STATCOM. ....................................................................................................... 54
Hình 5.20: Sự cố chạm đất pha A nằm trong vùng bảo vệ khi có lắp đặt thiết bị
STATCOM tại giữa đƣờng dây (1)Vs:Điện áp nút Ô Môn, (2)Is:Dòng điện đo đầu
xuất tuyến Ô Môn-Nhà Bè, (3) Vr:Điện áp nút Nhà Bè, (4) Ir:Dòng điện đo đầu xuất
tuyến Nhà Bè-Ô Môn, (5) Thời gian xảy ra sự cố, (6)Tín hiệu rơle cắt MC, (7) Dòng
xảy ra sự cố. ................................................................................................................... 55
Hình 5.21: Điện trở xuất hiện nằm trong vùng bảo vệ của rơle khoảng cách khi ngắn
mạch pha A chạm đất khi có lắp đặt STATCOM tại giữa đƣờng dây. ......................... 56
Hình 5.22: Sơ đồ lƣới điện khi xảy ra sự cố ngắn mạch pha A chạm đất khi có lắp đặt
thiết bị STATCOM tại thanh cái Ô MÔN. .................................................................... 57
Hình 5.23: Sự cố ngắn mạch pha A nằm trong vùng bảo vệ khi lắp đặt thiết bị
STATCOM tại thanh cái Ô Môn (1) Vs: Điện áp nút Ô Môn, (2) Is:Dòng điện đo đầu
xuất tuyến Ô Môn-Nhà Bè, (3) Vr: Điện áp nút Nhà Bè, (4) Ir:Dòng điện đo đầu xuất
xi


tuyến Nhà Bè -Ô Môn, (5) Thời gian xảy ra sự cố, (6)Tín hiệu rơle cắt MC, (7) Dòng
xảy ra sự cố. ................................................................................................................... 58
Hình 5.24: Điện trở xuất hiện nằm trong vùng bảo vệ của rơle khoảng cách khi ngắn
mạch pha A chạm đất khi có lắp đặt STATCOM tại thanh cái Ô MÔN ...................... 59
Hình 5.25: Sơ đồ lƣới điện khi xảy ra sự cố ngắn mạch pha A chạm đất khi lắp đặt
thiết bị STATCOM tại thanh cái Nhà Bè. ..................................................................... 60
Hình 5.26: Sự cố ngắn mạch pha A nằm trong vùng bảo vệ khi lắp đặt thiết bị
STATCOM tại thanh cái Nhà Bè (1) Điện áp tại thanh cái Ô Môn, (2) Dòng điện tại

thanh cái Ô Môn, (3) Điện áp tại thanh cái Nhà Bè, (4) Dòng điện tại thanh cái Nhà
Bè, (5) Thời gian xảy ra sự cố, (6)Tín hiệu rơle cắt MC, (7) Dòng xảy ra sự cố.......... 61
Hình 5.27: Điện trở xuất hiện nằm trong vùng bảo vệ của rơle khoảng cách khingắn
mạch pha A chạm đất khi có lắp đặt STATCOM tại thanh cái Nhà Bè........................ 62
Hình 5.28: Sơ đồ lƣới điện khi xảy ra sự cố ngắn mạch 2 pha BC. ............................. 63
Hình 5.29: Sự cố ngắn mạch 2 pha BC nằm trong vùng bảo vệ (1) Vs: Điện áp nút Ô
Môn, (2) Is:Dòng điện đo đầu xuất tuyến Ô Môn-Nhà Bè, (3) Vr: Điện áp nút Nhà Bè,
(4) Ir:Dòng điện đo đầu xuất tuyến Nhà Bè -Ô Môn, (5) Thời gian xảy ra sự cố, (6)Tín
hiệu relay cắt MC, (7) Dòng xảy ra sự cố. .................................................................... 64
Hình 5.30: Điện trở xuất hiện nằm trong vùng bảo vệ của rơle khoảng cách khi ngắn
mạch 2 pha BC tại vị trí ngắn mạch 74% chiều dài đƣờng dây .................................... 65
Hình 5.31: Sơ đồ lƣới điện khi xảy ra sự cố ngắn mạch 2 pha BC cách rơle bảo vệ
khoảng 91% chiều dài đƣờng dây. ................................................................................ 66
Hình 5.32: Sự cố chạm đất 2pha BC nằm ngoài vùng bảo vệ (1) Vs:Điện áp nút Ô
Môn, (2) Is:Dòng điện đo đầu xuất tuyến Ô Môn-Nhà Bè, (3) Vr:Điện áp nút Nhà Bè,
(4) Ir:Dòng điện đo đầu xuất tuyến Nhà Bè-Ô Môn, (5) Thời gian xảy ra sự cố, (6)Tín
hiệu relay cắt MC, (7) Dòng xảy ra sự cố. .................................................................... 67
Hình 5.33: Trở kháng xuất hiện nằm ngoài vùng bảo vệ của rơle khoảng cách khi ngắn
mạch 2 pha BC tại vị trí ngắn mạch 91% chiều dài đƣờng dây .................................... 68
Hình 5.34: Sơ đồ lƣới điện khi xảy ra sự cố ngắn mạch 2 pha BC khi lắp đặt
STATCOM tại vị trí giữa đƣờng dây. ........................................................................... 69
Hình 5.35: Sự cố ngắn mạch 2 pha BC nằm trong vùng bảo vệ khi lắp đặt thiết bị
STATCOM giữa đƣờng dây (1) Vs:Điện áp nút Ô Môn, (2) Is:Dòng điện đo đầu xuất
tuyến Ô Môn-Nhà Bè, (3) Vr:Điện áp nút Nhà Bè, (4) Ir:Dòng điện đo đầu xuất tuyến
xii


Nhà Bè-Ô Môn, (5) Thời gian xảy ra sự cố, (6)Tín hiệu relay cắt MC, (7) Dòng xảy ra
sự cố. .............................................................................................................................. 70
Hình 5.36: Điện trở xuất hiện nằm trong vùng bảo vệ của rơle khoảng cách khi ngắn

mạch 2 pha BC khi có lắp đặt thiết bị STATCOM tại giữa đƣờng dây. ....................... 71
Hình 5.37: Sơ đồ lƣới điện khi xảy ra sự cố ngắn mạch 2 pha BC tại vị trí 2/3 đƣờng
dây, khi lắp đặt thiết bị STATCOM tại thanh cái Ô MÔN. .......................................... 72
Hình 5.38: Sự cố ngắn mạch 2 pha BC nằm trong vùng bảo vệ khi lắp đặt thiết bị
STATCOM tại thanh cái Ô MÔN (1) Vs:Điện áp nút Ô Môn, (2) Is:Dòng điện đo đầu
xuất tuyến Ô Môn-Nhà Bè, (3) Vr:Điện áp nút Nhà Bè, (4) Ir:Dòng điện đo đầu xuất
tuyến Nhà Bè-Ô Môn, (5) Thời gian xảy ra sự cố, (6)Tín hiệu relay cắt MC, (7) Dòng
xảy ra sự cố. ................................................................................................................... 73
Hình 5.39: Điện trở xuất hiện nằm trong vùng bảo vệ của rơle khoảng cách khi ngắn
mạch 2 pha BC khi có lắp đặt STATCOM tại thanh cái Ô MÔN. ................................ 74
Hình 5.40: Sơ đồ lƣới điện khi xảy ra sự cố ngắn mạch 2 pha BC khi lắp đặt thiết bị
STATCOM tại thanh cái Nhà Bè. ................................................................................. 75
Hình 5.41: Sự cố ngắn mạch 2 pha BC nằm trong vùng bảo vệ khi lắp đặt thiết bị
STATCOM tại thanh cái Nhà Bè (1) Vs: Điện áp nút Ô Môn, (2) Is:Dòng điện đo đầu
xuất tuyến Ô Môn-Nhà Bè, (3) Vr: Điện áp nút Nhà Bè, (4) Ir:Dòng điện đo đầu xuất
tuyến Nhà Bè -Ô Môn, (5) Thời gian xảy ra sự cố, (6)Tín hiệu relay cắt MC, (7) Dòng
xảy ra sự cố. ................................................................................................................... 76
Hình 5.42: Điện trở xuất hiện nằm trong vùng bảo vệ của rơle khoảng cách khi ngắn
mạch 2 pha BC khi có lắp đặt STATCOM tại thanh cái Nhà Bè .................................. 77
Hình 5.43: Sơ đồ lƣới điện khi xảy ra sự cố ngắn mạch 3 pha ABC. .......................... 78
Hình 5.44: Sự cố ngắn mạch 3 pha ABC nằm trong vùng bảo vệ (1) Vs: Điện áp nút Ô
Môn, (2) Is:Dòng điện đo đầu xuất tuyến Ô Môn-Nhà Bè, (3) Vr: Điện áp nút Nhà Bè,
(4) Ir:Dòng điện đo đầu xuất tuyến Nhà Bè -Ô Môn, (5) Thời gian xảy ra sự cố, (6)Tín
hiệu relay cắt MC, (7) Dòng xảy ra sự cố. .................................................................... 79
Hình 5.45: Điện trở xuất hiện nằm trong vùng bảo vệ của rơle khoảng cách khi ngắn
mạch 3 pha ABC............................................................................................................ 80
Hình 5.46: Sơ đồ lƣới điện khi xảy ra sự cố ngắn mạch 3 pha ABC nằm ngoài vùng
bảo vệ. ............................................................................................................................ 81

xiii

Hình 5.47: Sự cố chạm đất 3pha ABC nằm ngoài vùng bảo vệ(1) Vs: Điện áp nút Ô
Môn, (2) Is:Dòng điện đo đầu xuất tuyến Ô Môn-Nhà Bè, (3) Vr: Điện áp nút Nhà Bè,
(4) Ir:Dòng điện đo đầu xuất tuyến Nhà Bè -Ô Môn, (5) Thời gian xảy ra sự cố, (6)Tín
hiệu relay cắt MC, (7) Dòng xảy ra sự cố. .................................................................... 82
Hình 5.48: Điện trở xuất hiện nằm ngoài vùng bảo vệ của rơle khoảng cách khi ngắn
mạch 3 pha ABC tại vị trí ngắn mạch 91% chiều dài đƣờng dây. ................................ 83
Hình 5.49: Sơ đồ lƣới điện khi xảy ra sự cố ngắn mạch 3 pha ABC khi lắp đặt
STATCOM tại vị trí giữa đƣờng dây. ........................................................................... 84
Hình 5.50: Sự cố ngắn mạch 3 pha ABC nằm trong vùng bảo vệ khi lắp đặt thiết bị
STATCOM giữa đƣờng dây (1) Vs: Điện áp nút Ô Môn, (2) Is:Dòng điện đo đầu xuất
tuyến Ô Môn-Nhà Bè, (3) Vr: Điện áp nút Nhà Bè, (4) Ir:Dòng điện đo đầu xuất tuyến
Nhà Bè -Ô Môn, (5) Thời gian xảy ra sự cố, (6)Tín hiệu relay cắt MC, (7) Dòng xảy ra
sự cố. .............................................................................................................................. 85
Hình 5.51: Điện trở xuất hiện nằm trong vùng bảo vệ của rơle khoảng cách khi ngắn
mạch 3 pha ABC khi có lắp đặt thiết bị STATCOM tại giữa đƣờng dây. .................... 86
Hình 5.52: Sơ đồ lƣới điện khi xảy ra sự cố ngắn mạch 3 pha ABC tại vị trí 2/3 đƣờng
dây, khi lắp đặt thiết bị STATCOM tại thanh cái Ô MÔN. .......................................... 87
Hình 5.53: Sự cố ngắn mạch 3 pha ABC nằm trong vùng bảo vệ khi lắp đặt thiết bị
STATCOM tại thanh cái Ô MÔN (1) Vs: Điện áp nút Ô Môn, (2) Is:Dòng điện đo đầu
xuất tuyến Ô Môn-Nhà Bè, (3) Vr: Điện áp nút Nhà Bè, (4) Ir:Dòng điện đo đầu xuất
tuyến Nhà Bè -Ô Môn, (5) Thời gian xảy ra sự cố, (6)Tín hiệu relay cắt MC, (7) Dòng
xảy ra sự cố. ................................................................................................................... 88
Hình 5.54: Điện trở xuất hiện nằm trong vùng bảo vệ của rơle khoảng cách khi ngắn
mạch 3 pha ABC khi có lắp đặt STATCOM tại thanh cái Ô MÔN. ............................. 89
Hình 5.55: Sơ đồ lƣới điện khi xảy ra sự cố ngắn mạch 3 pha ABC khi lắp đặt thiết bị
STATCOM tại thanh cái Nhà Bè. ................................................................................. 90
Hình 5.56: Sơ đồ lƣới điện khi xảy ra sự cố ngắn mạch 2 pha BC khi lắp đặt thiết bị
STATCOM tại thanh cái Nhà Bè. ................................................................................. 91

Hình 5.57: Điện trở xuất hiện nằm trong vùng bảo vệ của rơle khoảng cách khi ngắn
mạch 3 pha ABC khi có lắp đặt STATCOM tại thanh cái Nhà Bè ............................... 92

xiv


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS.TS Nguyễn Hoàng Việt

CHƢƠNG 1.

TỔNG QUAN
1.1 Tổng quan về hướng nghiên cứu.
Cập nhật thông số để tính toán xây dựng mới đƣờng dây truyền tải trở nên vô
cùng khó khăn về vấn đề kinh tế và môi trƣờng. Hiệu quả cao trong điều kiện của việc
sử dụng tốt hơn các đƣờng dây tải điện hiện có, mà không ảnh hƣởng đến chất lƣợng
điện năng và độ tin cậy cung cấp điện đòi hỏi phải áp dụng các công nghệ mới cần
phải lắp đặt thay thế các đƣờng dây hiện hữu để đảm bảo chất lƣợng điện năng và
nâng cao khả năng truyền tải cần đƣợc quan tâm. Trong lĩnh vực này, do sự tiến bộ
gần đây trong công nghệ bán dẫn công suất cao, công nghệ truyền tải điện xoay chiều
AC linh hoạt (FACTS) đã đƣợc đề xuất để giải quyết vấn đề này. Tuy nhiên, do sự
phức tạp của các thiết bị FACTS với hệ thống truyền tải, quá độ xếp chồng dạng sóng
tần số, điện áp và dòng điện (đặc biệt là khi có sự cố) có thể khác nhau đáng kể so với
các hệ thống khi không sử dụng các thiết bị FACTS và nó sẽ cho kết quả thay đổi
nhanh chóng trong các thông số trong hệ thống nhƣ các dòng trở kháng và góc pha.
Nhƣ vậy để nghiên cứu ảnh hƣởng tác động của các thiết bị FACTS STACOM trên
rơle bảo vệ khoảng cách nhƣ trở kháng trên đƣờng dây cần phải đƣợc tính toán.
STATCOM là một trong những thiết bị FACTS sử dụng rộng rãi nhất.Nó dựa
trên nguồn chuyển đổi điện áp và có thể bơm vào dòng điện gần nhƣ hình sin với biên

độ khác nhau và vuông góc với điện áp đƣờng dây đang đƣợc kết nối.Nó đƣợc sử dụng
rộng rãi tại khu vực để duy trì điện áp bằng cách phát hoặc tiêu thụ công suất phản
kháng trên hệ thống điện.Vì sự xuất hiện của các thiết bị STATCOM trong đƣờng dây
khi xảy ra sự cố, hoặc các tín hiệu điện áp và tại điểm rơle sẽ bị ảnh hƣởng cả hai trạng
thái ổn định và quá độ.Tác động này sẽ ảnh hƣởng đến việc thực hiện các phƣơng
pháp bảo vệ, chẳng hạn nhƣ rơle bảo vệ khoảng cách.Điều này sẽ ảnh hƣởng đến tác
động thực hiện các phƣơng pháp bảo vệ: nhƣ rơle khoảng cách. Một số nghiên cứu,
đƣợc thực hiện hiệu xuất làm việc của rơle khoảng cách trên một hệ thống đƣờng dây
truyền tải với các thiết bị FACTS khác nhau.
Trên Thế Giới, đã có một số nghiên cứu kết quả phân tích dựa trên mô hình ổn
định của STATCOM, và đã đƣợc nghiên cứu tác động của STATCOM trên rơle

HVTH: Bùi Văn Hiền

1


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS.TS Nguyễn Hoàng Việt

khoảng cách ở các mức phụ tải khác nhau. Các kết quả nghiên cứu ngoài nƣớc đã công
bố.
K. El-Arroudi, G. Joos, D.T. McGillis, “Operation of impedance protection
relays with the STATCOM,”Power Delivery, IEEE Transactions on ,Volume: 17 ,
Issue: 2 , April 2002Pages:381 - 387
P.K. Dash., , A.K. Pradhan, , G. Panda, , A.C. Liew, “Adaptive rơle setting for
flexibleAC transmission systems (FACTS) ,” Power Delivery, IEEE Transactions
on,Volume: 15 Issue: 1 , Jan 2000 Page(s): 38 -43115
W. G. Wang; X.G. Yin; J. Yu ; X.ZH Duan; D.SH Chen “The impact of TCSC

ondistance protection relay,” Power System Technology, 1998.
M, Khederzadeh “The impact of FACTS device on digital multifunctional
protective relays,” Transmission and Distribution Conference and Exhibition 2002.
Mojtaba

Khederzadeh,

"The

Impact

of

FACTS

Devices

on

digital

Multifunctional Protective relays", Transmission and Distribution Conference and
Exhibition 2002.
1.2 Tính cấp thiết của đề tài.
Mạng lƣới điện luôn là một phần quan trọng trong cấu trúc hệ thống năng
lƣợng.Chúng ta có trách nhiệm quản lý, cải tiến và phát triển chúng để đáp ứng nhu
cầu khách hàng.Quá trình phát triển mạng lƣới phải hƣớng đến tầm nhìn dài hạn phù
hợp với sự mong đợi của khách hàng ở hiện tại và tƣơng lai.
Vấn đề chính mà ngành điện nƣớc ta, trong đó có đƣờng dây 500kV Bắc – Nam
đang phải đối mặt hiện nay là nhu cầu sử dụng điện tăng nhanh. Trong khi đó, nguồn

cung bị hạn chế bởi nguồn tài nguyên khan hiếm, vấn đề môi trƣờng và các vấn đề liên
quan khác. Vì thế, hầu hết các sự cố mất điện ở nƣớc ta chủ yếu là do thiếu nguồn
cung và do sửa chữa.
Do đó, nhu cầu điện năng của toàn đất nƣớc là rất lớn cũng nhƣ chất lƣợng điện
năng phải cao. Nhƣng thực tế là tỷ lệ mất điện do thiếu hụt nguồn công suất trong
những năm qua vẫn còn cao cả về thời gian và số lần. Điều này cho thấy độ tin cậy còn
thấp, dẫn đến chi phí mất điện cao, nếu không sớm khắc phục sẽ làm hạn chế sự phát
triển của đất nƣớc.

HVTH: Bùi Văn Hiền

2


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS.TS Nguyễn Hoàng Việt

Chính vì thế, đề tài nghiên cứu thiết bị Facts STATCOM đặt trên đƣờng dây
truyền tải ảnh hƣởng sự làm việc của bảo vệ khoảng cách.Từ kết quả nghiên cứu, giúp
ta tìm ra phƣơng án vận hành tốt hơn lúc chạm đất một pha, hai pha hoặc ba pha trên
hệ thống truyền tải khi lắp đặt STATCOM đã đƣợc nghiên cứu, kết quả mô phỏng cho
thấy rõ tác động của các thiết bị STATCOM ảnh hƣởng đến hiệu suất làm việc của
rơle khoảng cách. Qua đó, nâng cao độ tin cậy cho hệ thống điện, góp phần mang lại
các lợi ích kinh tế xã hội.
1.3 Mục đích nghiên cứu, khách thể và đối tượng nghiên cứu.
Mục đích nghiên cứu sự ảnh hƣởng của thiết bị Facts STATCOM đặt trên đƣờng
dây500kV Nhà Bè – Ô MÔN đến sự làm việc của rơlebảo vệ khoảng cách khi có ngắn
mạch xảy ra trong các trƣờng hợp trƣớc khi lắp và sau khi lắp STATCOM.Từ đó, tìm
ra phƣơng ánlắp đặt và vận hành thích hợp.

Khách thể nghiên cứu đƣờng dây truyền tải 500kV Nhà Bè – Ô MÔN.
Đối tƣợng nghiên cứu khi lắp thiết bị Facts STATCOM đặt trên đƣờng
dây500kV Nhà Bè – Ô MÔN ảnh hƣởng đến sự làm việc của bảo vệ rơle khoảng cách.
1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu và giới hạn của đề tài.
1.4.1 Nhiệm vụ nghiên cứu.
Nghiên cứu các cơ sở lý thuyết về chế độ làm việc của đƣờng dây truyền tải.
Nghiên cứu các lý thuyết nguyên tắc hoạt động và vùng bảo vệ của rơle bảo vệ
khoảng cách.
Tìm hiểu thiết bị bù đồng bộ tĩnh STATCOM khi lắp đặt trên đƣờng dây truyền
tải.
Ứng dụng phần mềm PSCAD để mô phỏng lƣới điện trên đoạn đƣờng dây
500kV NHÀ BÈ-Ô MÔN có ngắn mạch xảy ra khi không có và có lắp đặt thiết bị
STATCOM cho những vị trí đầu đƣờng dây Ô MÔN, giữa đƣờng dây và cuối đƣờng
dây NHÀ-BÈ.
1.4.2 Giới hạn của đề tài.
Do giới hạn về thời gian và điều kiện nghiên cứu nên đề tài này chỉ dừng lại ở
mứcnghiên cứu trên phạm vị hẹp, trên mô hình thực tế đối với đƣờng dây truyền tải
500kV NHÀ BÈ–Ô MÔN khi có ngắn mạch xảy ra, khi có và chƣa có lắp đặt thiết bị
STATCOM ảnh hƣởng đến sự làm việc của rơle bảo vệ khoảng cách.Qua đó, đề xuất
HVTH: Bùi Văn Hiền

3


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS.TS Nguyễn Hoàng Việt

phƣơng án cài đặt vùng bảo vệ của rơle khoảng cách thích hợp khi có và không có lắp
đặt thiết bị STATCOM trên đƣờng dây truyền tải để xây dựng chƣơng trình vận hành

trên phần mềm PSCAD cho việc hỗ trợ cho công tác vận hành và bảo vệ khi có sự cố
trên đƣờng dây truyền tải.
1.5 Phương pháp nghiên cứu.
Phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết đƣợc sử dụng trong nghiên cứu này.
-

Thu thập các tài liệu, số liệu và sơ đồ có liên quan để phục vụ cho nghiên cứu.

-

Dựa vào các cơ sở lý thuyết đã có, bám sát mục tiêu, nhiệm vụ của đề tài để tiến

hành nghiên cứu.
-

Tách riêng hệ thống đƣờng dây 500kV NHÀ BÈ – Ô MÔN ra khỏi hệ thống

điện Miền Nam đểnghiên cứukhi lắp đặt thiết bị STATCOM ảnh hƣởng đến rơle bảo
vệ khoảng cách.
-

Đặt ra các giả thuyết, điều kiện ràng buộc để giới hạn phạm vi nghiên cứu.

1.6 Nội dung nghiên cứu.
Nội dung nghiên cứu trong luận văn này bao gồm các nội dung sau đây:
Chƣơng 1 giới thiệu tổng quan về hƣớng nghiên cứu.
Chƣơng 2 các chế độ làm việc của đƣờng dây truyền tải điện dài nhƣ: Mô hình
toán học, xác định các thông số mạng bốn cực, công suất ở hai đầu đƣờng dây theo
mạng bốn cực, khả năng tải và nâng cao khả năng tải của đƣờng dây
Chƣơng 3 trình bày nguyên tắc hoạt động, Đặc tuyến khởi động bảo vệ khoảng

cách, sơ đồ nối rơ le tổng trở vào áp pha và dòng pha có bù thành phần thứ tự không
Chƣơng 4 xây dựng mô hình STATCOM
Chƣơng 5 từ mô hình mẫu đƣa ra giải thuật tính toán trở kháng để kiểm tra đặc
tính của rơ le bảo vệ khoảng cách khi xảy ra sự cố
Chƣơng 6 tổng kết lại những nội dung, kết quả đã đạt đƣợc, nêu lên những kiến
nghị, hạn chế và hƣớng phát triển của đề tài.

HVTH: Bùi Văn Hiền

4


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS.TS Nguyễn Hoàng Việt

CHƢƠNG 2.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 Mô hình toán học của đường dây dài.
Đối với đƣờng dây siêu cao áp có chiều dài lớn hơn 250 km, cần phải xét đến
tính chất sóng của quá trình truyền tải năng lƣợng trên đƣờng dây đồng thời khi tính
chế độ làm việc thì đƣờng dây nhƣ là mạch điện có các thông số r, x, g và b phân bố
đều dọc theo chiều dài đƣờng dây.
Sự tồn tại dòng điện chạy qua tổng dẫn Y của đƣờng dây dẫn đến sự thay đổi của
dòng điện trên đƣờng dây, đó là nguyên nhân gây ra sự thay đổi của điện áp dọc theo
chiều dài đƣờng dây. Vì vậy, điện áp và dòng điện dọc theo chiều dài đƣờng dây thay
đổi. Cho nên phải xét đến sự phân bố điện áp và dòng điện trên mỗi phần tử của chiều
dài đƣờng dây.
Trong luận văn này chỉ xét các đƣờng dây có chiều dài nhỏ hơn 250 km, chúng ta

thƣờng không xét đến tính chất sóng của quá trình truyền tải năng lƣợng và sự phân bố
đều các thông số r, x, g và b dọc theo chiều dài đƣờng dây. Chế độ của đƣờng dây
đƣợc tính trên cơ sở các sơ đồ thay thế các thông số tập trung.

Hình 2.1: Sơ đồ thay thế của một phần tử chiều dài đƣờng dây.
HVTH: Bùi Văn Hiền

5


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS.TS Nguyễn Hoàng Việt

Đối với một phần tử dxcủa đƣờng dây ở hình 2.1 tổng trở của đƣờng dây là:

dZ  (r  j L)dx  zdx

Tổng dẫn có giá trị:

dY  ( g  jC )dx  ydx

Trong đó:
Z  (r  j L)
Y  ( g  jC )

Nếu nhƣ điện áp và dòng điện ở đầu này của phần tử dxcó giá trị là U x và Ix , thì
ở đầu kia của phần tử đó điện áp và dòng điện có các giá trị là U x  dU x và Ix  dIx . Sự
khác nhau của điện áp và dòng điện ở 2 đầu phần tử dx là do có điện áp giáng trên dZ
và sự phân tán của dòng điện qua tổng dẩn dY , nghĩa là:

 

U x  (U x  dU x )  dZI
x
 
Ix  ( Ix  dIx )  dYU
x 


(2.1)

Hay là:

dU x
 x 
 zI

dx

dIx

 x
 yU

dx

(2.2)

Hệ phƣơng trình (2.2) là phƣơng trình cơ bản đƣờng dây truyền tải dài. Đó chính
là mô hình toán học của đƣờng dây truyền tải.

2.2 Xác định các thông số mạng bốn cực.

Hình 2.2: Sơ đồ thay thế của đƣờng dây truyền tải
a- mạng 4 cực; b- sơ đồ hình 
HVTH: Bùi Văn Hiền

6


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS.TS Nguyễn Hoàng Việt

Xét đƣờng dây dài nhƣ là mạng 4 cực (hình 2.2a), chúng ta có thể viết các quan
hệ nhƣ sau:

  BI
 
U1  AU
2
2

  DI
 
I1  CU
2
2
  BI
 
U 2  DU

1
1
 
I2  A 2 I1  CU
1

(2.3)

Trong đó: A , B , C , D là các thông số mạng 4 cực. Đối với mạng 4 cực đối xứng
   BC
  1
thì A  D và AD

Các thông số A , B , C , D đƣợc xác định theo công thức:

A  cosh l  A A ; 

B  ZC sinh l  B B ; 

1


C
sinh l  C  C ;
ZC


D  cosh l  D D 


(2.4a)

Khi biểu diễn đƣờng dây bằng sơ đồ hình  có:


A  D  1  YZ
B  Z

(2.4b)

 )
C  Y (2  YZ
Nhƣ vậy, thông số sơ đồ thay thế hình  theo các thông số mạng 4 cực sẽ là:

Z  B  ZC sin l
A  1 cos l  1
Y 


B
Z sin l
C

2sinh (1/ 2)
2sinh(1/ 2) cosh(1/ 2)
tgh(1/ 2)

ZC


2

(2.4c)

2.3 Công suất ở hai đầu đường dây theo mạng bốn cực.
Giả thuyết các thông số mạng bốn cực là A , B , C , D và điện áp ở 2 đầu của mạng
4 cực là U1 và U 2 .
Công suất đi vào mạng 4 cực đƣợc xác định theo công thức:
HVTH: Bùi Văn Hiền

7


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS.TS Nguyễn Hoàng Việt

S1  3U1 I1  P1  jQ1 
*

*

*

*

*

DU1  U 2  2 D U1 U 2
 3U1

 U1 ( * 
)
*
*
2
3B
B U1 B

(2.5)

Hay là:

UU
D
S1  P1  jQ1  U12 cos( B  D )  1 2 sin(12  12 ) 
B
B
UU
D
 j[U12 sin( B  D )  1 2 cos(12  12 )]
B
B

(2.6)

Công suất đi ra mạng 4 cực đƣợc xác định theo công thức:

UU
A
S2  P2  jQ2  U 22 cos( B  A )  1 2 sin(12  12 ) 

B
B
UU
A
 j[U 22 sin( B  A )  1 2 cos(12  12 )]
B
B

(2.7)

Trong đó: 12  900  B ; 12 là góc lệch pha giữa các vectơ điện áp U1 và U2
Công suất đi vào và đi ra viết theo tổng dẫn riêng và tƣơng hỗ Y11 , Y12 , Y22 của
mạng bốn cực:

S1  P1  jQ1  U12Y11 sin 11  U1U 2Y12 sin(12  12 ) 
 j[U12Y11 cos 11  U1U 2Y12 cos(12  12 )
S2  P2  jQ2  U 22Y22 sin  22  U1U 2Y12 sin(12  12 ) 
 j[U 22Y22 cos  22  U1U 2Y12 cos(12  12 )

(2.8)

(2.9)

Trong đó:

D
1
Y11   Y11  11 ; Y12   Y12  12 ;

B

B
A
Y22   Y22  22 ;
B

11  900  11; 12  900  12 ;  22  900  22
2.4 Khả năng tải của đường dây
Khả năng tải công suất tác dụng của đƣờng dây có thể lớn hơn hay nhỏ hơn công
suất tự nhiên của đƣờng dây.
Sự hạn chế khả năng tải của đƣờng dây xuất hiện là do các đặc điểm của quá
trình truyền tải điện năng bằng dòng điện xoay chiều, cũng nhƣ sự cần thiết đảm bảo
HVTH: Bùi Văn Hiền

8


Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS.TS Nguyễn Hoàng Việt

ổn định tĩnh và ổn định động của hệ thống trong các chế độ làm việc bình thƣờng và
sau sự cố.
Giá trị công suất giới hạn của đƣờng dây truyền tải đƣợc xác định theo công
thức:

Pgh 

U1U 2
ZC sin  l

(2.10)

Từ phƣơng trình (2.10) nhận thấy rằng công suất giới hạn phụ thuộc vào chiều
dài đƣờng dây truyền tải, trở kháng của đƣờng dây, tổng trở hệ thống nhận điện, các
thiết bị nối vào 2 đầu đƣờng dây nhƣ máy phát điện, máy biến áp. Mỗi một đƣờng dây
có một giá trị công suất truyền tải giới hạn nhất định
2.5 Nâng cao khả năng tải đường dây
Chi phí để xây dựng đƣờng dây truyền tải dài là rất lớn, vì vậy cần phải khai thác
triệt để khả năng tải của đƣờng dây. Để nâng cao khả năng tải của đƣờng dây dài có
thể sử dụng các biện pháp: tăng điện áp đƣờng dây; thay đổi cấu trúc đƣờng dây; bù
đƣờng dây bằng tụ điện tĩnh, các kháng điện, các máy bù đồng bộ, các thiết bị bù tĩnh
có điều khiển; điều chỉnh đƣờng dây về đƣờng dây có chiều dài là nửa bƣớc sóng hay
đƣờng dây có chiều dài bằng 0.
2.5.1 Bù các tham số đƣờng dây: đƣợc chia làm ba nhóm.
2.5.1.1 Bù tất cả các tham số của đường dây đến đường dây có chiều dài bằng 0.
Trong trƣờng hợp này cần đặt các thiết bị bù để loại trừ hoàn toàn điện kháng và
điện dung của đƣờng dây, khi đó trong sơ đồ thay thế chỉ còn điện trở tác dụng.
2.5.1.2 Bù tổng trở sóng.
Chọn các thiết bị bù trên đƣờng dây để giảm giá trị của tổng trở sóng bằng cách
giảm điện kháng trên một đơn vị chiều dài đƣờng dây xuống n lần và tăng điện dẫn
phản khángtrên một đơn vị chiều dài đƣờng dây lên n lần. Khi đó công suất giới hạn
của đƣờng dây sẽ tăng còn chiều dài sóng đƣờng dây không thay đổi.
2.5.1.3 Bù chiều dài sóng của đường dây.
Bù chiều dài sóng đƣờng dây đạt đƣợc khi điện cảm và điện dung của đƣờng dây
cùng giảm xuống n lần. Trong trƣờng hợp này tổng trở sóng của đƣờng dây không
thay đổi còn chiều dài sóng đƣờng dây giảm đi n lần do đó công suất giới hạn của
đƣờng dây sẽ tăng lên
HVTH: Bùi Văn Hiền

9

Luận văn thạc sĩ

GVHD: PGS.TS Nguyễn Hoàng Việt

Mục đích của bù các tham số đƣờng dây là nâng cao các chỉ tiêu chế độ mà quan
trọng nhất là khả năng tải của đƣờng dây.
2.5.2 Bù nối tiếp.
Bù nối tiếp (bù dọc) là một trong những biện pháp phổ biến nhất và hiệu quả nhất
để nâng cao khả năng tải và ổn định của đƣờng dây. Dung kháng của các bộ tụ điện
tĩnh mắc nối tiếp vào đƣờng dây sẽ bù một phần cảm kháng của đƣờng dây. Mức bù
nối tiếp đặc trƣng bằng hệ số bù nối tiếp kC:

kC 

XC
100
XL

(2.11)

Trong đó: XClà dung kháng của tụ bù nối tiếp; XL là cảm kháng của đƣờng dây.
Hệ số bù kC càng lớn thì càng nâng cao khả năng tải của đƣờng dây. Hiệu quả bù
các thông số đƣờng dây phụ thuộc vào vị trí các bộ tụ trên đƣờng dây. Số lƣợng, công
suất và vị trí đặt các tụ bù nối tiếp đƣợc lựa chọn trên cơ sở tính toán kinh tế - kỹ thuật.
Khi hệ số bù nối tiếp kC nhỏ hơn 50% vị trí của tụ bù nối tiếp là giữa đƣờng dây.
Khi hệ số bù nối tiếp kC lớn hơn 50% vị trí của tụ bù nối tiếp là gần thanh cái của trạm
đƣờng dây. Tùy theo quan điểm lựa chọn hệ số dự trữ ổn định và góc lệch pha  cho
phép giữa các véctơ điện áp ở 2 đầu đƣờng dây mà chọn mức bù nối tiếp khác nhau.

2.5.3 Bù song song.
Để nâng cao khả năng tải của đƣờng dây, có thể đặt bù song song (bù ngang)
bằng các kháng điện có công suất cố định hay có điều khiển, các máy bù đồng bộ, các
tụ điện tĩnh và thiết bị bù điều khiển tĩnh.
Các kháng điện song song không điều khiển có thể nối trực tiếp với đƣờng dây
qua máy cắt hoặc đặt phía điện áp thấp của máy biến áp hạ áp. Các kháng bù ngang có
điều khiển đặt ở phía áp thấp của các máy biến áp.
Công suất của kháng không điều khiển và kháng điều khiển đƣợc xác định theo
điều kiện làm việc của đƣờng dây trong chế độ xác lập không tải và trong chế độ
truyền công suất khác nhau của đƣờng dây.
Tổng công suất kháng bù ngang trên đƣờng dây xác định theo công thức:
  S 2 
Qp  QC 1    
  PC  

HVTH: Bùi Văn Hiền

(2.12)

10