Nghiên cứu các biện pháp bảo vệ lưới điện 110 220 kv khỏi quá điện áp nội bộ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
--------------------

TRẦN HOÀNG HIỆP

NGHIÊN CỨU CÁC BIỆN PHÁP BẢO VỆ
LƯỚI ĐIỆN 110 - 220 KV KHỎI
QUÁ ĐIỆN ÁP NỘI BỘ
CHUYÊN NGÀNH: HỆ THỐNG ĐIỆN
MÃ SỐ: 02-06-07

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN ĐÌNH THẮNG

Hà Nội - 2005


ML - 1

MỤC LỤC
Mục lục. ........................................................................................................ ML1
Danh mục các chữ viết tắt và kưí kiệu ............................................................... 1
Mở đầu. .............................................................................................................. 2
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ QUÁ ĐIỆN ÁP NỘI BỘ TRONG HỆ THỐNG
ĐIỆN ............................................................................................... 5
1.1. Nguyên nhân phát sinh và phân loại quá điện áp nội bộ ................... 8
1.2. Các thông số đặc trưng của quá điện áp nội bộ ................................10
1.3. Đặc điểm các loại quá điện áp nội bộ trong hệ thống điện. .............12
1.3.1. Qúa điện áp khi chuyển mạch đường dây non tải ..................12

1.3.2. Quá điện áp khi cắt dòng ngắn mạch và ngừng cấp nguồn
khi mất đồng bộ ......................................................................19
1.3.3. Qúa điện áp khi chuyển mạch máy biến áp và kháng điện
non tải .....................................................................................19
1.3.4. Quá điện áp trạng thái .............................................................22
1.4. Kết luận .............................................................................................23
Chương 2. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH QUÁ ĐIỆN ÁP TRONG HỆ
THỐNG ĐIỆN ............................................................................. 24
2.1. Khái quát ...........................................................................................24
2.2. Quá điện áp khi đóng đường dây hở mạch .......................................25
2.3. Q trình đóng điện áp khi tự động đóng lại ....................................31
2.4. Quá điện áp khi cắt các tụ điện tập trung và cắt đường dây không tải .35
2.4.1. Cắt các tụ điện tập trung .........................................................35
2.4.2. Cắt mạch đường dây không tải ...............................................38
2.5. Qúa điện áp khi cắt các dòng điện lớn ..............................................40
2.6. Quá điện áp khi cắt các dòng điện cảm nhỏ .....................................44
2.7. Kết luận .............................................................................................47
Chương 3. CÁC BIỆN PHÁP BO V LI IN KHI QU IN P
Học viên: Trần Hoµng HiƯp - Cao häc 2003 - 2005


ML - 2

NỘI BỘ.......................................................................................... 48
3.1. Bảo vệ lưới điện khỏi quá điện áp quá độ ........................................49
3.1.1. Xác định quá điện áp lúc đóng cắt đường dây khơng tải và
chọn
hạn chế qúa áp ........................................................................49
3.1.2. Chọn máy cắt điện điện trở Shunt ............................................57
3.1.3. Dùng chống sét van để hạn chế quá điện áp quá độ ..................60

3.1.4. Sử dụng điện trở Shunt khi đóng đường dây non tải ..............61
3.1.5. Sử dụng điện trở Shunt khi cắt đường dây non tải .................61
3.1.6. Điều khiển thời điểm đóng tiếp điểm máy cắt ........................61
3.1.7. Biện pháp giảm quá điện áp bằng kháng bù ngang ................62
3.2. Bảo vệ lưới điện khỏi quá điện áp trạng thái ....................................66
3.3. Kết luận .............................................................................................67
Chương 4. MƠ PHỎNG THIẾT BỊ BÙ CĨ ĐIỀU KHIỂN TRONG TÍNH
TỐN HẠN CHẾ Q ĐIỆN ÁP............................................... 68
4.1. Đặt vấn đề .........................................................................................68
4.2. Mơ phỏng bài tốn bằng chương trình ATP .....................................68
4.2.1. Mơ hình bài tốn cần mơ phỏng ...............................................68
4.2.2. Mô phỏng bộ điều chỉnh TCR..................................................70
4.2.3. Mô phỏng các phần tử khác của mơ hình .................................73
4.3. Kết quả mơ phỏng .............................................................................80
4.3.1. Trường hợp 1 ...........................................................................80
4.3.2. Trường hợp 2 ...........................................................................82
4.5. Kết luận .............................................................................................85
KẾT LUẬN CHUNG ...................................................................................... 86
TÀI LIỆU THAM KHẢO. .............................................................................. 87
PH LC. ....................................................................................................... 88

Học viên: Trần Hoàng Hiệp - Cao häc 2003 - 2005


2
Mở đầu

M U

S phỏt trin vi tc cao ca nền kinh tế thế giới và của các quốc gia

đòi hỏi phải có chiến lược phát triển năng lượng phù hợp với sự phát triển,
mức tăng trưởng của từng quốc gia, trong đó địi hỏi hàng đầu là phải tăng
liên tục điện năng và khả năng chuyên tải của các hệ thống điện. Trên quan
điểm kinh tế - kỹ thuật, việc đưa vào các cấp điện áp cao và siêu cao là một
trong những biện pháp hữu hiệu để đáp ứng yêu cầu truyền tải rẻ nhất, tin
cậy. Lựa chọn cấp điện áp chuyên tải tối ưu cho hệ thống là một vấn đề đặc
biệt quan trọng có liên quan đến một loạt yếu tố như: mức tăng trưởng của
nền kinh tế quốc dân, đặc điểm lãnh thổ, dự trữ và sự phân bố của nguồn
nhiên liệu, phân bố phụ tải, cơng suất chun tải, trình độ cơng nghệ quản lý
của từng quốc gia. Việc này được giải quyết trên cơ sở phân tích, đánh giá
tiêu chuẩn kinh tế - kỹ thuật các dự án.
Chúng ta đã biết rằng, chi phí cách điện đường dây và trạm chiếm tỷ lệ
rất cao, điện áp càng tăng thì chi phí cách điện thiết bị càng tăng. Vì vậy giảm
mức cách điện - đặc biệt đối với thiết bị điện áp cao và cực cao qua việc giảm
mức QĐA là một trong những giải pháp quan trọng, có hiệu quả để giảm chi
phí thiết bị điện ... Nhưng việc giảm mức cách điện phải thỏa mãn yêu cầu là
không làm giảm độ tin cậy vận hành của thiết bị và được thực hiện nhờ biện
pháp giới hạn QĐA trong hệ thống, cải tiến các thiết bị thao tác và thiết bị bảo
vệ QĐA.
Trong quá trình vận hành, cách điện của thiết bị phải chịu điện thế làm
việc, QĐA khí quyển và QĐA thao tác. Cần phải lựa chọn cách điện sao cho
xác suất hư hỏng thiết bị là đủ nhỏ và xác suất ngừng cung cấp điện phải đạt
một giá trị được chấp nhận theo quan điểm kinh tế.
Mức cách điện của thiết bị điện áp cao và siêu cao cơ bản được lựa chọn
theo trị số của QĐA nội bộ (vì mức cách điện xung kích của các thiết bị điện
áp cao và siêu cao rất lớn - tức mức chịu sét rt ln).
Học viên: Trần Hoàng Hiệp - Cao học 2003


3

Mở đầu

Nh s phỏt trin ca khoa hc - cụng nghệ nên mức cách điện của thiết
bị điện có điện áp cao và siêu cao ngày càng giảm để tiết kiệm chi phí cách
điện.
Cần phải nắm được các dạng QĐA cả biên độ, dạng sóng và xác suất
xuất hiện với sự hỗ trợ của phương pháp lý thuyết hoặc nghiên cứu trực tiếp
trong lưới.
Khi tính tốn bằng mơ hình tốn học theo các phương pháp lý thuyết
người ta phải đưa ra một số giả thiết gần đúng hoặc bỏ qua ảnh hưởng của một
số yếu tố mà nó sẽ dẫn đến sai số ít khi phân tích và đánh giá các hiện tượng
vật lý để khảo sát ảnh hưởng của những yếu tố khác nhau đến QĐA. Để tính
tốn QĐA ta có thể sử dụng các phương trình truyền sóng được dẫn ra bởi
W.Thomson đối với đường dây có 2 dây dẫn và các quan hệ được xác định bởi
Carson đối với đường dây dài có nhiều dây dẫn.
Người ta sử dụng nhiều phương pháp giải tích khác nhau: phương pháp
biến đổi tích phân (Laplace, Fourier), phương pháp tọa độ tổng quát của
Lagrange, phương pháp truyền sóng (Schneydev - Bergeron, Bewley,
Kostenko), phương pháp vi phân hữu hạn, phương pháp mặt phẳng pha.
Áp dụng phương pháp xác suất sẽ giúp chúng ta nghiên cứu chi tiết hơn
QĐA vì sẽ đưa vào được nhiều đại lượng có đặc tính ngẫu nhiên.
Dùng phương pháp tính tốn số để giải các phương trình vi phân, ngồi
việc tính tốn được các thơng số xác định cịn cho ta khả năng phân tích, đánh
giá được ảnh hưởng của các thơng số đường dây đến q trình quá độ. Còn
phương pháp đo lường, nghiên cứu trực tiếp trong lưới điện cho chúng ta kết
quả chính xác hơn - có thể dùng làm số liệu mẫu để so sánh, nhưng phương
pháp này chỉ có thể áp dụng trong một số trường hợp.
Mơ hình tương tự là một cơng cụ mạnh để nghiên cứu các chế độ quá độ
của hệ thống. Nó cho khả năng thu được kết quả hữu dụng, đủ chính xác, có
thể nắm được nhiều hiện tượng vật lý xảy ra trong thực tế, những ảnh hưởng

của các thông số đến giá trị, thời gian, xác sut xut hin ca QA.

Học viên: Trần Hoàng Hiệp - Cao häc 2003


4
Mở đầu

tớnh toỏn, thit k cn phi bit c biên độ QĐA, dạng sóng, xác
suất xuất hiện và việc nghiên cứu QĐA nội bộ sẽ được thực hiện bằng phương
pháp lý thuyết hay đo đạc trực tiếp trên lưới hoặc trường thử nghiệm. Khi xác
định mơ hình tốn học theo phương pháp lý thuyết cần thiết phải áp dụng
phương pháp gần đúng - tức bỏ qua một số yếu tố mà nó ảnh hưởng khơng lớn
đến kết quả tính tốn, mơ hình đó cần cho khả năng phân tích ảnh hưởng của
các yếu tố vật lý đến QĐA.
Với mục đích nghiên cứu như trên, luận văn được thực hiện theo bố cục
nội dung như sau:
• Chương 1: Tổng quan về QĐA nội bộ trong hệ thống điện.
• Chương 2: Phương pháp phân tích QĐA trong lưới điện.
• Chương 3: Các biện pháp bảo vệ lưới điện khỏi QĐANB.
• Chương 4: Mơ phỏng thiết bị bù có điều khiển trong hạn chế quá điện
áp lưới điện 220 kV.

Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy giáo và cô giáo trong Bộ môn
Hệ thống điện Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, các đồng nghiệp, bạn bè
đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi trong thời gian tác giả thực hiện luận văn.
Đặc biệt tác giả xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc với Thầy giáo TS. Nguyễn
Đình Thắng người đã quan tâm, tận tình hướng dẫn giúp tác giả xây dựng và
hồn thành luận văn này. Vì thời gian có hạn, vấn đề nghiên cứu cịn khá mới
mẻ nên bản luận văn khơng khỏi cịn những thiếu sót. Tác giả rất mong nhận được nhiều góp ý của các đồng nghiệp và bạn bè.

Xin trân trọng cảm n!

Học viên: Trần Hoàng Hiệp - Cao học 2003


5
Tổng quan về qúa điện áp nội bộ trong HTĐ

Ch-ơng 1

TỔNG QUAN VỀ QÚA ĐIỆN ÁP NỘI BỘ
TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN

Hiện nay, như chúng ta đã biết, chi phí cách điện đường dây và trạm
chiếm tỷ lệ rất cao, điện áp càng tăng thì chi phí cách điện thiết bị càng tăng. Vì
vậy giảm mức cách điện - đặc biệt đối với thiết bị điện áp cao và cực cao qua
việc giảm mức QĐA là một trong những giải pháp quan trọng, có hiệu quả để
giảm chi phí thiết bị điện... Nhưng việc giảm mức cách điện phải thỏa mãn yêu
cầu là không làm giảm độ tin cậy vận hành của thiết bị và được thực hiện nhờ
biện pháp giới hạn QĐA trong hệ thống, cải tiến các thiết bị thao tác và thiết bị
bảo vệ QĐA.
Trong quá trình vận hành, cách điện của thiết bị phải chịu điện thế làm
việc, QĐA khí quyển và QĐA thao tác. Cần phải lựa chọn cách điện sao cho
xác suất hư hỏng thiết bị là đủ nhỏ và xác suất ngừng cung cấp điện phải đạt
một giá trị được chấp nhận theo quan điểm kinh tế.
Mức cách điện của thiết bị điện áp cao và siêu cao cơ bản được lựa chọn
theo trị số của QĐA nội bộ (vì mức cách điện xung kích của các thiết bị điện
áp cao và siêu cao rất lớn - tức mức chịu sét rất lớn).
Nhờ sự phát triển của khoa học - công nghệ nên mức cách điện của thiết
bị điện có điện áp cao và siêu cao ngày càng giảm để tiết kiệm chi phí cách

điện. Trong bảng 1.1 đã chỉ ra hệ số QĐA thao tác được sử dụng khi tính tốn
cách điện.

Häc viªn: Trần Hoàng Hiệp - Cao học 2003


6
Tổng quan về qúa điện áp nội bộ trong HTĐ

Bng 1.1 - Hệ số QĐA thao tác tính tốn
Chế độ trung tính
Thơng số
Cách điện

Nối đất trực tiếp

Uđm[kV]

310

1520

35

110220

330

400

500

750

1150

Ktt pha đất

4,5

4

3,5

33,1

2,72,8

2,7

2,5

2,1

1,8

Ktt pha pha

-

-

-

3,5

3,5

3,5

3,5

-

-

Khi nghiên cứu về QĐA, ta cần phải nắm được các dạng QĐA về biên
độ, dạng sóng và xác suất xuất hiện với sự hỗ trợ của phương pháp lý thuyết
hoặc nghiên cứu trực tiếp trong lưới.
- Khi tính tốn bằng mơ hình tốn học theo các phương pháp lý thuyết ta
phải đưa ra một số giả thiết gần đúng hoặc bỏ qua ảnh hưởng của một số yếu tố
mà nó sẽ dẫn đến sai số ít khi phân tích và đánh giá các hiện tượng vật lý để
khảo sát ảnh hưởng của những yếu tố khác nhau đến QĐA. Để tính tốn QĐA
ta có thể sử dụng các phương trình truyền sóng được dẫn ra bởi W.Thomson
đối với đường dây có 2 dây dẫn và các quan hệ được xác định bởi Carson đối
với đường dây dài có nhiều dây dẫn.
Ta có thể sử dụng nhiều phương pháp giải tích khác nhau: phương pháp
biến đổi tích phân (Laplace, Fourier), phương pháp tọa độ tổng quát của
Lagrange, phương pháp truyền sóng (Schneydev-Bergeron, Bewley, Kostenko),
phương pháp vi phân hữu hạn, phương pháp mặt phẳng pha.

- Áp dụng phương pháp xác suất sẽ giúp chúng ta nghiên cứu chi tiết hơn
QĐA vì sẽ đưa vào được nhiều đại lượng có đặc tính ngẫu nhiên.
- Phương pháp tính tốn số để giải các phương trình vi phân, ngồi việc
tính tốn được các thơng số xác định cịn cho ta khả năng phân tích, đánh giá
được ảnh hưởng của các thông số đường dây đến q trình q độ. Cịn phương
pháp đo lường, nghiên cứu trực tiếp trong lưới điện cho chúng ta kết qu chớnh
Học viên: Trần Hoàng Hiệp - Cao học 2003


7
Tổng quan về qúa điện áp nội bộ trong HTĐ

xỏc hơn - có thể dùng làm số liệu mẫu để so sánh, nhưng phương pháp này chỉ
có thể áp dụng trong một số trường hợp.
- Mơ hình tương tự là một công cụ mạnh để nghiên cứu các chế độ quá độ
của hệ thống. Nó cho khả năng thu được kết quả hữu dụng, đủ chính xác, có thể
nắm được nhiều hiện tượng vật lý xảy ra trong thực tế, những ảnh hưởng của
các thông số đến giá trị, thời gian, xác suất xuất hiện của QĐA.
Chúng ta có thể biểu thị biên độ QĐA bằng hệ số QĐA:
U
3.U s
Ks = max =
U
2.U
f

(1-1)

trong đó: Umax và Us - giá trị đỉnh và biên độ của quá áp.
Uf và U

Ksoc =

- biên độ điện áp pha và điện áp dây làm việc.
Umax
U
= max
2.U per K per.U f

Ks = Ksoc.Kper

(1-2)

(1-3)

Giá trị của hệ số xung có đặc tính thống kê phụ thuộc vào từng loại thao
tác trong sơ đồ, vào thời điểm dập và xuất hiện của hồ quang trong máy cắt,
vào thời điểm đóng các pha ...
Mỗi loại thao tác được đặc trưng trong điều kiện đã cho qua giá trị trung
bình của hệ số xung và một đường cong phân bố quá áp. Từ các kết quả được
nghiên cứu bởi nhiều tác giả khác nhau, trong bảng 1.2 đã dẫn ra các trị số của
quá áp thao tác có thể xuất hiện lúc đóng lại đường dây và thiết bị điện.
- Dạng sóng của QĐA thay đổi trong một phạm vi rất rộng phụ thuộc vào
loại quá áp và thường được đặc trưng bằng thời gian tồn sóng và thời gian t
giỏ tr nh ca biờn .

Học viên: Trần Hoàng HiÖp - Cao häc 2003


8
Tổng quan về qúa điện áp nội bộ trong HTĐ

Bng 1.2- Giỏ tr ca QA thao tỏc
Số

Dạng QĐA

Ksoc

Ks

1

Đóng đ-ờng dây không
tải

1,6-2

2,1- 2,2

Cắt đ-ờng dây không tải

3

Đóng lại
không tải

4

Cắt điện dung

5

Cắt đ-ờng dây lúc mất
đồng bộ

3,5 - 4

6

Cắt dòng điện, điện cảm

2,7- 4,6

7

Cắt dòng điện ngắn mạch
3 pha không đồng bộ

1,8-2,2

dây

Lúc ®ãng cã ®iƯn tÝch
d- th× Ks → 3 - 4

2

®-êng

Ghi chú

3

3,4

Bé hơn khi sử dụng
máy cắt hiện đại

1-2

2-3

Trị số lớn xảy ra khi
có điện tích d-

3-5

Với điện thế định mức
cao, Ks có giá trị lớn

chng ny ta s nghiờn cứu quy luật, nguyên nhân xuất hiện và đặc
điểm của QĐA trong HTĐ.
1.1.

NGUYÊN NHÂN PHÁT SINH VÀ PHÂN LOẠI QĐANB
Lưới điện cao áp chứa các thành phần điện cảm và điện dung nên có tính

dao động, bình thường thì sự dao động này không xuất hiện, chỉ khi nào trong
lưới có các tác động làm thay đổi chế độ làm việc mới gây ra sự dao động năng
lượng điện từ (dự trữ trong các thành phần phản kháng của lưới) mà hậu quả

của nó là điện áp trong lưới điện. Có thể kể tên hàng loạt các tác động như vậy.
Chẳng hạn như các quá trình quá độ khác nhau trong lưới điện (đóng điện theo
kế hoạch và cắt các thành phần của lưới theo kế hoạch hay do sự c), xut hin
Học viên: Trần Hoàng Hiệp - Cao học 2003


9
Tổng quan về qúa điện áp nội bộ trong HTĐ

hay khắc phục các ngắn mạch, đứt dây dẫn, xuất hiện các trạng thái làm việc
không thuận lợi (tăng sức điện động nguồn, các bước không đồng bộ của máy
phát điện, tại trung tính xuất hiện điều kiện cộng hưởng)…
Để phân biệt các QĐANB khác nhau trong lưới điện ta đặt tên QĐA theo
các nguyên nhân phát sinh ra chúng, rồi phân nhóm để tiện cho việc nghiên
cứu. Ta chia QĐANB ra làm hai nhóm: QĐA quá độ và QĐA trạng thái.
QĐA quá độ hay QĐA thao tác (còn gọi là QĐA chuyển mạch vì quá
trình quá độ gắn liền với các thao tác đóng, cắt - chuyển mạch lưới điện) - sinh
ra do các dao động tự do năng lượng điện từ trong các thành phần điện cảm và
điện dung của lưới ở các quá trình quá độ khác nhau.
Ta cũng có thể phân loại chúng theo tính chất tác động lên cách điện
như:
• QĐA quá độ pha - tác động lên cách điện của các thành phần dẫn điện
đối với đất.
• QĐA quá độ giữa các pha - tác động lên cách điện giữa các pha.
• QĐA quá độ giữa các tiếp điểm - xuất hiện giữa các tiếp điểm đang mở
của các thiết bị chuyển mạch (máy cắt, cầu dao…).
Hoặc có thể phân loại theo từng q trình q độ khi chuyển mạch:
• Đóng ĐD hở mạch.
• Tự động đóng lại hay tự động đóng nguồn dự phịng.
• Cắt các tụ điện tập trung và ĐD non tải.

• Cắt các dịng điện lớn (dịng điện ngắn mạch...).
• Cắt các dịng điện cảm nhỏ.
• Cắt khi có hồ quang gián đoạn xuống đất.
QĐA duy trì hay cịn gọi là QĐA trạng thái sinh ra khi có những trạng
thái xấu trong lưới (tăng điện dung các máy phát, xuất hiện các điều kiện cộng
hưởng hoặc cộng hưởng sắt từ...). QĐA duy trì cịn được gọi là QĐA tĩnh, khác

Häc viªn: Trần Hoàng Hiệp - Cao học 2003


10
Tổng quan về qúa điện áp nội bộ trong HTĐ

vi QĐA q độ, QĐA duy trì có thể tồn tại trong một thời gian khá dài, khi
nào điện dung máy phát chưa giảm hoặc là chưa thay đổi các điều kiện mà ở đó
xuất hiện cộng hưởng hay cộng hưởng sắt từ. Năng lượng để duy trì biên độ
của nó ở mức cao được các máy phát cung cấp liên tục vào lưới.
Có thể nêu tên các loại thuộc nhóm này như sau:
• QĐA do tăng điện áp ở cuối ĐD hở mạch.
• QĐA duy trì khi ngắn mạch một pha xuống đất.
• QĐA tần số cơng nghiệp do làm việc khơng đủ pha.
• QĐA do cộng hưởng sắt từ.

1.2.

CÁC THÔNG SỐ ĐẶC TRƯNG CỦA QĐANB
Các loại QĐA khác nhau có dạng khác nhau, tần số lặp lại khác nhau và

thời gian tác động lên cách điện khác nhau. Các thơng số có giá trị bằng số đặc
trưng cho các thông số QĐA phụ thuộc vào hàng loạt các trạng thái ngẫu nhiên:

vào sơ đồ lưới, cách đấu nối trung tính, thơng số của lưới, có hay khơng có các
thiết bị chống QĐA và hiệu quả làm việc của chúng cũng như các ngun nhân
khác, trong đó đóng vai trị quan trọng là sơ đồ lưới điện và đặc tính thiết bị
đóng cắt.
Để đánh giá sự nguy hiểm của QĐANB đối với cách điện của thiết bị
điện đang sử dụng trong lưới cũng như để lựa chọn cách điện cho kết cấu và
thiết bị điện sẽ lắp đặt ta sử dụng các thơng số đặc trưng cho QĐANB, đó là:
• Giá trị điện áp cực đại Umax
• Giá trị điện áp làm việc lớn nhất cho phép ULV max
• Bội số QĐA K = Umax/ ULV max
• Đường cong QĐA - cho phép xác định thời gian tác động QĐA lên
cách điện.
• Thành phần thiết bị điện trên lưới bị QA tỏc ng.
Học viên: Trần Hoàng Hiệp - Cao học 2003


11
Tổng quan về qúa điện áp nội bộ trong HTĐ

Mt trong các thơng số chính của QĐA là giá trị độ lớn mà nó đạt được
(hay cịn gọi là biên độ điện áp), nó phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố mà trong đó
phần lớn các yếu tố là đại lượng ngẫu nhiên, nó thay đổi từ lần chuyển mạch
này đến lần chuyển mạch khác, từ quá trình này tới q trình khác. Nó có thể là
giá trị điện áp tức thời trên điện dung hay là dòng trong cuộn cảm vào thời
điểm chuyển mạch, điện cảm hệ thống ngay trước thời điểm chuyển mạch, số
nhánh (rẽ đi), tổng chiều dài tuyến... tính đến tất cả các ảnh hưởng trên và sự
tương quan giữa chúng với nhau trong một mô hình tốn học và thí nghiệm chỉ
đạt được một sự gần đúng nào đó. Trong nhiều trường hợp trên thực tế, ta hồn
tồn khơng rõ quy luật phân bố các giá trị ngẫu nhiên này hay khác và cũng
không rõ mối liên hệ giữa chúng với nhau. Do vậy, khi xác định, ta xem xét sự

chuyển mạch và trạng thái của lưới có khả năng gây ra QĐA lớn nhất, rồi chọn
một hoặc vài lần chuyển mạch như vậy (chuyển mạch tính tốn) và tính trị số
QĐA tương ứng (bằng phần của điện áp làm việc) với điều kiện có các yếu tố
bất lợi nhất tác động tới trị số QĐA, trị số này gọi là bội số QĐANB tính toán
và so sánh với mức QĐA cho phép trên cấu trúc cách điện của thiết bị. Sự dự
trữ độ bền cách điện được coi là đủ nếu bội số tính tốn khơng vượt q mức
cho phép, xác định với mức dự trữ nhất định so với điện áp thử.
Nhược điểm chính của phương pháp này là sự chủ quan của nó (theo
cách xác định giá trị QĐANB như trên), bởi vì sau một thời gian vận hành nhất
định khơng đánh giá được số lượng số lần chuyển mạch có xác suất xuất hiện
điều kiện tương ứng với chuyển mạch tính toán, cũng trong khoảng thời gian
như vậy xác suất xuất hiện điều kiện tương ứng với chuyển mạch tính tốn ảnh
hưởng lớn đến giá trị QĐA: thực tế trong hầu hết trường hợp có thể nêu được
trạng thái lưới, mà ở đó bội số QĐA sẽ lớn hơn trị số thực tế thơng dụng và chỉ
có một đối số để thấy sự bất hợp lý của nó là thực tế khơng thể có từng ấy điều
kiện khó khăn bất lợi trong li.

Học viên: Trần Hoàng Hiệp - Cao học 2003


12
Tổng quan về qúa điện áp nội bộ trong HTĐ

Nhc điểm khác của sự đánh giá QĐANB theo bội số tính tốn là
khơng thể đánh giá được mức dự trữ cần thiết để xác định chính xác tuổi thọ
các thành phần cấu trúc cách điện, phải chịu già hoá khi bị QĐA tác động. VD:
trong cách điện giấy tẩm dầu, biến dòng điện... mỗi một điện áp cao hơn chút ít
so với quy định mức sẽ gây ra sự thay đổi khơng có lợi cho cách điện. Với sự
tăng số lần tác động QĐA cao hơn chút ít so với định mức sẽ gây ra sự thay đổi
khơng có lợi cho cách điện. Cùng với sự tăng số lần tác động QĐA, thì sự thay

đổi này tích luỹ và giảm dần độ bền của cách điện cho đến khi bị đánh thủng ở
điện áp làm việc định mức. Trong trường hợp này sự nguy hiểm của QĐA tác
động, được xác định khơng chỉ là giá trị mà cịn là tần số lặp lại của chúng, ta
không thể chỉ hạn chế sự tính tốn thiên về độ cực đại giá trị của chúng. Các
khó khăn tương tự cũng sẽ gặp khi xác định những đòi hỏi về bảo vệ các bộ
chống sét, có độ dự trữ nhất định số lần tác động khi có QĐA chuyển mạch.
Vì các khó khăn nêu trên, ngày nay các chuyên gia thiên về đo đạc và
xác định trực tiếp tần suất xuất hiện QĐANB cũng như mọi thông số của chúng
về biên độ, độ dốc sườn xung, thời gian tồn tại... hơn là tính tốn chúng theo
một chương trình tốn học.

1.3.

ĐẶC ĐIỂM CÁC LOẠI QĐANB TRONG HTĐ
1.3.1. QĐA khi chuyển mạch ĐD non tải

Một trong các dạng QĐA quá độ hay xảy ra trong lưới điện là QĐA khi
chuyển sang mạch theo kế hoạch hay chuyển mạch sự cố các đoạn ĐD tải điện.
Sở dĩ như vậy là do trong ĐD trên không được chuyển mạch xuất hiện các sóng
điện từ lan truyền theo nó, khi khúc xạ và phản xạ ở cuối ĐD sẽ gây ra QĐA.
Để hiểu rõ hơn q trình này, có thể xem xét sự phân tích sơ đồ lưới
tương đương trên hình 1.1. Nguồn điện áp hình sin tần số công nghiệp Ur thay
thế cho thanh cái nguồn nhận điện từ MBA trên sơ đồ HTĐ, bố trí trên trạm
đang nghiên cứu hay là tách ra khỏi nó bằng một D ngn, cú chiu di nh

Học viên: Trần Hoàng Hiệp - Cao häc 2003


13
Tổng quan về qúa điện áp nội bộ trong HTĐ

hn chiều dài đoạn ĐD trên không được chuyển mạch. Giá trị L xác định theo
kháng tương đương xc trước khi đóng mạch của hệ thống nối L = xc/314. Ngồi
ĐD được chuyển mạch thì từ thanh cái cịn có n ĐD khác nối tới nó, có chiều
dài tương đương với ĐD được chuyển mạch. Điện trở sóng z của tất cả các
ĐD được coi là bằng nhau.
Để đơn giản hoá và tiện xem xét quá trình vật lý, ta bỏ qua một số điểm
như sau:
• Bỏ qua sự phản xạ từ các điểm cuối của các ĐD khác (không được
chuyển mạch), chỉ tính phản xạ của ĐD được chuyển mạch. Trong hầu hết các
trường hợp các ĐD này đi đến một trạm nào đó (có các ĐD khác) và hệ số phản
xạ sóng từ các trạm bên cạnh khơng lớn.
• Bỏ qua sự ảnh hưởng của điện trở thuần của các thành phần lưới, các
Shunt phi tuyến nạp từ biến áp và ảnh hưởng vầng quang trên ĐD tải điện.
• Bỏ qua sụt áp trên các thành phần lưới khi có dịng điện tần số cơng
nghiệp chạy qua, trong trường hợp đặc biệt cho rằng sụt áp 50 Hz trên điện cảm
L bằng khơng.
a)
ĐDK3

Hình 1.1: Sơ đồ tương đương

ĐDK2
Um

của lưới để phân tích QĐA khi

U2
ĐDK1
1

U 12

L

U0

2

đóng đường dây:

Ur

b)

U 21

Um

c)
1

L

1

Ur

Häc viªn: Trần Hoàng Hiệp - Cao học 2003

2

2

a) Khi t < 
b) Khi  c) Khi 2

14
Tổng quan về qúa điện áp nội bộ trong HTĐ

Gi giá trị tức thời điện áp trên thanh cái trước khi chuyển mạch là um,
còn điện áp bắt đầu trên ĐD là u0. Vào thời điểm đóng tiếp điểm máy cắt trên
ĐD xuất hiện sóng điện từ, điện áp u12 tăng gấp đôi ở cuối ĐD hở mạch, xác
định giá trị và dạng QĐA trên ĐD trên không. Trên thanh cái vào thời điểm
chuyển mạch thường xảy ra sự giảm điện áp, gây ra bởi sự bổ sung phụ tải
(trong dạng ĐD bắt đầu mang điện). Độ lớn của sự sụt áp này phụ thuộc
vào hiệu điện áp u0 - um0, cũng như vào số lượng n các ĐD khác cùng đấu
tới thanh cái. Cùng với sự tăng dòng điện qua điện cảm thì điện áp trên thanh
cái trở về giá trị ban đầu của mình theo định luật hàm mũ với hằng số thời gian
T = L(n + 1)/z (hình 1.2).
2,4

Um/Ur

0

Hình 1.2: Điện áp trên thanh cái trạm

1

2,0

2

1,6

khi đóng đường dây tồn tại điện áp dư:

Um

Đường 1-Số đường dây khác cùng đấu

1,2
3

vào thanh cái n=1

0,8
u

0,4
0

1


2



3

Đường 2-Khi n = 2

0


4

5

t
6 S

-0,4

Đường 3-Khi n = 3.
Với l = 250km, Z = 270, L = 0,1H,
u0 = 1,2

-0,8
-1,2

Sau thời gian bằng 2 lần thời gian sóng u12 chạy dọc ĐD, sự phản xạ
sóng từ điểm cuối ĐD quay trở về đến thanh cái trạm. Nó tạo ra thành phần
điện áp bổ sung trên thanh cái:
1um(t) = 1u12 (t - 2)

(1-4)

trong đó:
1 = 2

L
- hệ số khúc xạ sóng điện áp u12 tại im 1.
L(n + 1)z

Học viên: Trần Hoàng Hiệp - Cao häc 2003


15
Tổng quan về qúa điện áp nội bộ trong HTĐ

thị điện áp 1um(t) cũng được xác định bằng số lượng n các ĐD đi ra
từ trạm. Điện áp tổng trên thanh cái đối với n = 1, 2 và 3 đưa ra trên hình 1.2.
Ta đã lưu ý tới điều kiện T < , được xảy ra đối với hầu hết các sơ đồ lưới trên
thực tế, QĐA cực đại trên thanh cái trạm um bắt đầu vào thời điểm sóng phản
xạ tới đầu tiên, có nghĩa là khi T = 2. Giá trị của QĐA này được tính theo
2n
công thức:
um max = um0 + (n+1)2(um0 - u0)
(1-5)
Do sự tăng điện cảm L dẫn tới tăng hằng số thời gian T, biên độ QĐA
giảm dần, còn khi L =  nghĩa là việc cấp điện áp lên thanh cái chỉ qua các ĐD
đi ra thì bội số cực đại QĐA trên thanh cái xác định bằng công thức:
2n
u0
um max = um0 (n+1)2 - n+1

(1-6)

QĐA trên điểm cuối ĐD hở mạch được xác định bằng nhân đơi biên độ
sóng u12 cộng thêm điện áp dư u0, ở số lượng n khác không bất kỳ nào và giá trị
điện cảm bất kỳ xác định theo công thức:
u2 max = 2u12 + u0 = 2um0 - u0

(1-7)

Công thức khác sẽ được sử dụng trong trường hợp nếu n = 0, nghĩa là
thanh cái được cấp nguồn chỉ qua MBA hay một đoạn ĐD rất ngắn. Điện áp
cực đại trên thanh cái trong trường hợp này (hình 1.2) cho thấy nó xảy ra muộn
hơn - vào thời điểm thời gian 2 +T, còn giá trị QĐA cao hơn khi T < .
um max  um0 + 0,7 (um0 - u0)

(1-8)

Cùng với sự tăng điện cảm L và tương ứng là hằng số thời gian T, QĐA
trên thanh cái sẽ tăng, xấp xỉ đạt được giá trị:
um max = u0 + 2(um0 - u0)

(1-9)

Có nghĩa là nó sẽ tiến tới giá trị của QĐA ở cuối ĐD hở mạch khi n  0.
QĐA tại điểm cuối ĐD hở mạch khi khơng có các ĐD nào khác cùng
đấu tới thanh cái sẽ lớn hơn so với khi có các ĐD như vậy, khi T <  giá trị nó
bằng:

u2max = u0 + 2,4(um0 - u0)

Häc viên: Trần Hoàng Hiệp - Cao học 2003

(1-10)


16
Tổng quan về qúa điện áp nội bộ trong HTĐ

4

thị điện áp ở cuối ĐD hở mạch
được dựng trên hình 1.3.
U2/Ur

0

3

Hình 1.3: Điện áp ở cuối ĐD hở mạch của

1

2

ĐD đang đóng khi số lượng của các ĐD khác

2
3

1

cùng đi ra từ thanh cái trạm:

0

1

Đường 1- Số đường dây khác cùng đấu vào

4

Ur
2

3

5

6

t
S thanh cái n = 1

Đường 2- Khi n = 2

-1

Đường 3- Khi n = 3
-2

Với l = 250km, Z = 270, L = 0,1H, u0=1,2

Như vậy, ta có thể sử dụng các cơng thức đã nêu trong các điều kiện sau:
khơng tính tới sự suy giảm sóng do điện trở của đất, phụ tải tác dụng trên các
thanh cái và vầng quang trên ĐD tải điện. Ngồi ra, các cơng thức đã nêu chỉ
đúng với điều kiện các ĐD có chiều dài thơng dụng tức là khơng dài q
(150300) km.
Trong các ĐD có chiều dài lớn hơn thì việc bỏ qua sự thay đổi điện áp
tần số công nghiệp trong thời gian phát sinh QĐA cực đại trên thanh cái là
khơng thể được và đặc tính của q trình trở nên phức tạp hơn nhiều.
Ngồi các thơng số lưới đã xem xét thì dạng chuyển mạch cũng ảnh
hưởng đến giá trị QĐA. Khi đóng mạch ở chế độ tự động đóng lại phải tính đến
e

u2 khả năng có thể tồn tại điện áp dư lớn và

l=140 km

L

1

2

3
u2/ e
Cháy 1

2
Tat1

ĐD được nối đất và trước khi đóng điện

Cháy 2

theo kế hoạch thì ĐD đã được phóng điện

Tat 2

hon ton. Du sao khi úng theo k

1
t

0
0,01

-1

0,02

sec

e

Học viên: Trần Hoµng HiƯp - Cao häc 2003

-2
-3

bội số QĐA đến 1,3. Khi cắt điện lâu dài,

u2

hoạch vẫn phải lưu ý đến sự không đồng


17
Tổng quan về qúa điện áp nội bộ trong HTĐ

thi tiếp xúc tiếp điểm máy cắt ở các pha khác nhau. Do vậy, cần tính đến khả
năng điện áp dư trên pha đang đóng do ảnh hưởng điện từ của pha đã được
đóng sớm hơn ảnh hưởng tới nó. Ngồi ra, có thể có sự ảnh hưởng của các
mạch bên cạnh trên các ĐD tải điện mạch kép. Để đánh giá bội số cực đại QĐA
có thể sử dụng giá trị lớn nhất điện áp dư khi đóng mạch theo hoạt động vận
hành.

Hình 1.4: Điện áp tại điểm cuối
ĐD hở mạch khi cắt điện có kèm
theo phóng điện hồ quang lặp lại:
Tắt 1, 2- Thời điểm hồ quang tắt
Cháy 1, 2- Thời điểm bắt đầu bùng
cháy hồ quang.
Khi cắt ĐD tải điện cũng có thể có các q trình chuyển đổi tương tự như
đã nêu trên. Chúng xuất hiện nếu độ cách điện giữa các tiếp điểm tăng chậm
hơn so với điện áp đặt lên chúng và sẽ xuất hiện phóng hồ quang lặp lại giữa
các tiếp điểm đang rời xa nhau trong máy cắt. Sau lần tắt hồ quang thứ nhất
trên ĐD tồn tại điện áp dư có giá trị tương tự như khi tự động đóng lại. Sau nửa
chu kỳ, điện áp tần số công nghiệp trên thanh cắt bắt đầu thay đổi cực tính và
có dấu ngược lại so với điện áp dư (hình 1.4). Sự xuất hiện phóng điện hồ
quang tiếp theo trong thời gian đó sẽ tạo ra QĐA, tương tự như dạng QĐA lớn

nhất khi tự động đóng lại. Lần tắt hồ quang sau đó có thể xảy ra vào thời điểm
khi sự phản xạ sóng từ cuối ĐD hở mạch u21 về đến thanh cái và dịng điện của
sóng u21 được cộng với dịng điện của sóng phản xạ u 21 chạy theo hướng ngược
lại. Khi đó dịng điện tổng trong hồ quang giữa các tiếp điểm đang dời xa nhau
trong máy cắt tr nờn bng khụng.
Học viên: Trần Hoàng Hiệp - Cao häc 2003


18
Tổng quan về qúa điện áp nội bộ trong HTĐ

Nu hồ quang vào thời điểm này tắt, điện áp dư trên ĐD có thể cịn lại
lớn hơn so với trường hợp xấu nhất khi tự động đóng lại và ở lần phóng hồ
quang lặp lại tiếp sau đó thì giá trị QĐA tương ứng tỏ ra lớn hơn. Số lần phóng
lặp lại hồ quang thì giá trị điện áp tương ứng tỏ ra lớn hơn. Số lần phóng lặp lại
hồ quang trong quá trình cắt của từng pha máy cắt MK-500 là (3  4). Kinh
nghiệm trong các lưới thực tế cho thấy, bội số điện áp dư u 0 trong các chuyển
mạch như vậy đạt đến giá trị 1,6  1,8.
Trong cấu trúc của các máy cắt hiện đại, áp dụng các biện pháp đặc biệt
để ngăn ngừa các lần phóng lặp lại hồ quang khi cắt ĐD. Tuy nhiên trong các
HTĐ cũ, trong rất nhiều trạm vẫn còn máy cắt tồn tại sự phóng lặp lại hồ
quang. Do đó, khi phân tích điều kiện của cách điện khơng thể khơng tính tới
dạng QĐA này mặc dầu có khả năng chống lại chúng nhờ thay máy cắt mới.

Bảng 1.3 - Bội số cực đại của QĐA tính tốn trên thanh cái khi chuyển
mạch ĐD non tải có chiều dài <400 km phụ thuộc vào ĐD khác đi ra từ thanh
cái khi điều kiện 2T <
Dạng chuyển mạch
Cắt có hồ quang phóng lặp lại
(U0 = 1,6U)

Đóng trong chế độ TĐL

Bội số QĐA khi số ĐD khác cùng đấu nối
tới thanh cái
0

1

2

3

4

5

2,7

2,3

2,15

2,0

1,85

1,7

2,5

2,15

2,0

1,85

1,75

1,65

1,9

1,7

1,6

1,5

1,45

1,4

(U0 = 1,3U)
Đóng theo kế hoạch
(U0 = 0,4U)
Kết luận về QĐA khi đóng và cắt các đoạn ĐD non tải c bn nh sau:

Học viên: Trần Hoàng Hiệp - Cao häc 2003

19
Tổng quan về qúa điện áp nội bộ trong HTĐ

ã Đặc tính QĐA phụ thuộc vào định luật phân bố pha đóng máy cắt và
điện áp dư u0 cũng như biên độ điện áp làm việc trên thanh cái.
• Số lượng ĐD đi ra từ thanh cái và công suất của hệ thống nối ảnh
hưởng đến giá trị QĐA trên thanh cái. QĐA lớn nhất có thể có chỗ khi
khơng có ĐD nào khác, ngồi ĐD được chuyển mạch và khi công suất
của lưới nhỏ. Khi tăng các ĐD đấu nối vào thanh cái thì QĐA giảm, tuy
vậy cơng suất của hệ thống nối tăng thì cùng với sự có mặt của các ĐD
khác QĐA sẽ tăng lên một chút.
• Bội số QĐA cực đại trên thanh cái (cả thiết bị đấu tới thanh cái) nhận
được bằng cách phân tích gần đúng các q trình sóng được đưa ra trong
bảng 1.2 như sau: QĐA lớn nhất khi cắt ĐD non tải kèm phóng hồ quang
lặp lại, đóng ở chế độ tự động đóng lại và đóng mạch ĐD khơng tải theo
kế hoạch.
• QĐA tại điểm cuối ĐD hở mạch phụ thuộc rất ít vào số lượng ĐD cùng
đấu tới thanh cái với nó cũng như ít phụ thuộc vào cơng suất của nguồn
cung cấp. Khi khơng có các ĐD khác và cơng suất hệ thống nối đủ lớn thì
trên điểm cuối hở mạch của ĐD có thể xuất hiện QĐA giá trị cao hơn.
1.3.2. QĐA khi cắt dòng ngắn mạch và ngừng cấp nguồn khi mất
đồng bộ
Ngoài việc chuyển mạch những đoạn ĐD non tải, theo quan điểm và góc
độ nguy hiểm của sự phát triển QĐA còn là cắt các điểm ngắn mạch và ngừng
cấp nguồn khi mất đồng bộ.
Một trong các dạng ngắn mạch thường gặp hơn cả là ngắn mạch một
pha, khi xuất hiện có thể tạo ra sự tăng điện áp tần số công nghiệp trên các pha
không bị hư hỏng do sự sụt áp gây ra bởi dòng ngắn mạch thứ tự nghịch hoặc
thứ tự không. Khi chiều dài ĐD lớn khoảng (8001200) km, bội số tăng điện
áp làm việc có thể đạt 2 và hơn nữa. Tuy vậy, trong các lưới thơng thường có

chiều dài khơng q 400km thì bội số tăng điện áp thng khong 1,3. Nu
Học viên: Trần Hoàng Hiệp - Cao häc 2003


20
Tổng quan về qúa điện áp nội bộ trong HTĐ

ngn mạch xuất hiện trên ĐD thì trên thanh cái trạm sẽ thu nhận như là sóng
điện áp đi từ ĐD đến với biên độ bằng về giá trị điện áp tức thời tại điểm ngắn
mạch và ngược dấu với nó. Trong các trường hợp như vậy, QĐA trên thanh cái
không vượt quá QĐA khi đóng mạch ĐD theo kế hoạch.
Trong q trình cắt ngắn mạch có thể xuất hiện QĐA quá độ trên pha có
hư hỏng do sự chuyển đổi bất ngờ từ trạng thái ngắn mạch về trạng thái không
tải. Giá trị cực đại này do sự phá huỷ đồng bộ của lưới điện (mất đồng bộ) nên
các véc tơ sức điện động trên điểm cuối đối diện của ĐD cắt mạch tỏ ra bị lệch
vào thời điểm chuyển mạch ở góc 1800. Mặc dù có thể có bội số lớn nhưng
dạng QĐA này rất ít xuất hiện (hầu như không gặp) trong lưới điện hiện đại
nên ta loại trừ nó khỏi số lượng để xác định các địi hỏi đối với cách điện.
1.3.3. QĐA khi chuyển mạch MBA và kháng điện non tải
Khi xem xét độ tin cậy của cách điện MBA, kháng điện và lựa chọn các
thiết bị bảo vệ cho chúng có thể gặp một dạng QĐA quá độ mà chỉ tác động lên
các thành phần đó của lưới: QĐA khi cắt và đóng các biến áp và kháng điện
non tải. QĐA xuất hiện khi cắt các thành phần điện cảm do kết quả "cắt" dòng
hồ quang trong máy cắt, nghĩa là đột ngột ngừng dòng điện trước khi nó chuyển
qua điểm khơng tự nhiên.
Do qn tính dịng từ của MBA hay kháng điện bị cắt mạch, dịng điện
trong cuộn dây của nó khơng thể tức thời chấm dứt và sau khi hồ quang tắt
trong máy cắt nó phải đóng qua điện dung của bản thân MBA và điện dung các
đoạn thanh cái nối tức máy cắt đến nó (bao gồm cả điện dung của các thiết bị
đấu nối). Xuất hiện quá trình dao động chuyển năng lượng từ trường của dòng

điện trong các cuộn dây sang năng lượng điện trường gọi là tổng điện dung C.
Khi đó năng lượng từ trường dự trữ đầu tiên trong in cm L ca cỏc cun
dõy:

Học viên: Trần Hoàng HiÖp - Cao häc 2003


21
Tổng quan về qúa điện áp nội bộ trong HTĐ

i0

PL = 
 iLdi
o

(1-11)

trong đó: i0 - giá trị dịng điện trong cuộn dây vào thời điểm cắt dòng
trong máy cắt.
PC = Cu2/ 2

(1-12)

Với u là giá trị QĐA trên MBA.
Nếu bỏ qua các tổn thất và cho là điện cảm của q trình từ hố MBA là
đại lượng ổn định, ta nhận được cơng thức gần đúng để tính QĐA u:
i02L u2 C
2 = 2
hay

u = io L/C

(1-13)
Suy ra, giá trị QĐA khi cắt dòng điện cảm sẽ tỷ lệ với dịng điện bị cắt i 0
và đặc tính điện trở của mạch MBA: z = L/C .
Dòng điện bị cắt là giá trị ngẫu nhiên, định luật phân bố nó chủ yếu xác
định bằng đặc tính cấu trúc của máy cắt. Đối với các máy cắt thì giá trị i 0 có thể
nằm trong dải từ (5  10) A đến (40  60)A.
Đặc tính khác của máy cắt ảnh hưởng đáng kể đối với dạng QĐA kiểu
này là vận tốc khôi phục độ cách điện giữa các tiếp điểm đang dời xa nhau sau
khi cắt dòng điện. Nếu nó nhỏ hơn vận tốc tăng điện áp thì hồ quang lặp lại.
Khác với trường hợp cắt ĐD non tải, lần bùng hồ quang lặp lại dẫn đến sự hạn
chế QĐA tại MBA và càng chậm quá trình tăng độ cách điện giữa các tiếp
điểm thì bội số QĐA càng nhỏ. Điều này giải thích bội số QĐA khơng lớn khi
cắt mạch MBA non tải bằng cầu dao (trong trường hợp thiểu số). Ngược lại,
khi cắt MBA bằng máy cắt chuyên dụng dành cho các lưới có cấp điện áp lớn
hơn cấp điện áp định mức của cuộn dây đang chuyển mạch của MBA, sẽ gây
nguy hiểm cho cuộn dây do QĐA sinh ra bởi sự tăng nhanh tốc độ cỏch in
ca khong cỏch phúng h quang.
Học viên: Trần Hoàng HiÖp - Cao häc 2003


22
Tổng quan về qúa điện áp nội bộ trong HTĐ

Cn lưu ý rằng, cịn có thêm đặc tính của máy cắt cũng ảnh hưởng lớn
đến giá trị QĐA khi cắt MBA và kháng điện. Đó là phương pháp phân bố điện
áp giữa các ngăn dập hồ quang nối tiếp nhau. Máy cắt sử dụng ở cấp điện áp
cao thường được lắp ráp từ vài môđun nối tiếp. Đối với vận tốc lớn nhất tăng

độ cách điện trong máy cắt sau khi tắt hồ quang cần phải đảm bảo sao cho đưa
phần điện áp bằng nhau đến mỗi mơđun. Điều đó đạt được bằng cách đấu tụ
điện hay điện trở khoảng (60  200) k song song với từng khoảng cách dập
hồ quang. Dịng trong mạch từ hố, chạy qua điện trở này được cắt bằng các
tiếp điểm phụ, được tách rời khỏi nhau sau các tiếp điểm chính. Sự có mặt của
các điện trở này làm giảm mạnh bội số QĐA ở MBA khi cắt nó bởi vì đặc tính
điện trở của mạch MBA z tỏ ra cùng cỡ với giá trị điện trở thuần này và xảy ra
sự giảm dao động của quá trình chuyển đổi. Khi sử dụng tụ để phân chia điện
áp thì sự dao động như vậy sẽ không xảy ra.
Như vậy, QĐA khi cắt MBA và kháng điện phụ thuộc vào đặc tính thiết
bị được cắt và vào đặc tính máy cắt. Dải lớn nhất bội số QĐA ở các chuyển
mạch này được đo trong các lưới khác nhau quá rộng: từ K = 6,5 đến K = 1,6
và thấp hơn nữa, trong đó giá trị lớn nhận được khi cắt các máy có cơng suất
nhỏ, cũng như vậy khi cắt dịng nạp từ khơng ổn định ngay sau khi đóng MBA.
Hạn chế các loại QĐA này (có năng lượng khơng lớn) có thể thực hiện nhờ các
chống sét van được đấu giữa MBA và máy cắt.
Những loại QĐA quá độ kể trên theo dạng là những xung điện áp tương
đối ngắn tần số tăng cao, được đặt lên đường cong điện áp hình sin tần số công
nghiệp. Thời gian tồn tại chúng trong phần lớn các trường hợp hạn chế trong
một hay là hai nửa chu kỳ tần số công nghiệp.
1.3.4. QĐA trạng thái
QĐA trạng thái có sự khác biệt với QĐA quá độ là có tính kéo dài và hay
xảy ra hơn cả, nó chỉ là sự tăng điện áp tần số cơng nghip ln hn mc in ỏp
Học viên: Trần Hoàng Hiệp - Cao häc 2003


23
Tổng quan về qúa điện áp nội bộ trong HTĐ

lm việc cho phép. QĐA trạng thái được quan sát ở trạng thái không tải của

lưới hay khi truyền tải công suất tác dụng nhỏ. Nguyên nhân sự xuất hiện của
chúng có thể là: giảm phụ tải đột ngột, tác động điện dung của ĐD không tải,
xuất hiện điều kiện trên tần số công nghiệp ở các chế độ không đối xứng, cộng
hưởng sắt từ hay cộng hưởng thông số trong lưới hay đơn giản là cần thiết giữ
điện áp tại điểm cho trước của lưới, lớn hơn giá trị làm việc cho phép.
Khi thiết kế lưới cao áp và chọn chế độ làm việc của chúng thì một trong
những địi hỏi ban đầu là giữ mức điện áp trên thanh cái trạm ở giới hạn điện áp
làm việc cho phép. Điều này có thể đạt được bằng cách đảm bảo công suất đủ
của lưới nối, tương ứng với giá trị x c nhỏ, việc điều chỉnh điện áp được thực
hiện bằng cách thay đổi hệ số biến áp, sử dụng biện pháp bù đồng bộ và kháng
điện Shunt.
Kinh nghiệm vận hành đã cho những cơ sở để khẳng định là trong hầu
hết các lưới điện thì các điều kiện nêu trên có thể thực hiện được đối với các
chế độ bất kỳ khơng có sự cố của hệ thống, trong đó có cả chế độ cấp nguồn từ
một hướng cho đoạn ĐD tải điện. Xuất phát từ sự cần thiết đảm bảo làm việc
an toàn cho thiết bị ở các điểm cuối ĐD thì sự tăng điện áp tần số công nghiệp
ở điểm cuối ĐD (khi hở mạch) phải được ấn định ngay từ giai đoạn thiết kế ĐD
tải điện. Nếu các tính tốn cho thấy giá trị điện áp này có thể vượt quá giới hạn
làm việc cho phép thì cần có các giải pháp hạn chế chúng ngay trong thiết kế.
Đối với lưới điện 110 - 220 kV thì QĐA trạng thái ít xuất hiện, tuy nhiên
ở cấp độ điện áp cao hơn thì hiện tượng khơng như vậy.
Những dạng QĐA trạng thái trong các đường truyền dây tải điện dài
thường là: sự cộng hưởng các thông số khi bị ngắn mạch một pha trên ĐD được
cấp nguồn từ các máy phát phân cực, sự dao động của các hài lẻ và chẵn do sự
phi tuyến của Shunt từ hố MBA, nhiễu của các dao động phân sóng hài trong
các ĐD có tụ bù dọc (khi thiết kế áp dụng các biện pháp sơ đồ và chế độ lm

Học viên: Trần Hoàng Hiệp - Cao học 2003