Nghiên cứu hệ thống bảo vệ các bộ tụ bù tại trạm biến áp 110kv tại tp hồ chí minh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM

---------------------------

LÊ QUỐC BẢO

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG BẢO VỆ
CÁC BỘ TỤ BÙ TẠI TRẠM BIẾN ÁP 110kV
TẠI TP HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã số ngành: 60120202

TP. HCM, năm 2017


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM

---------------------------

LÊ QUỐC BẢO

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG BẢO VỆ
CÁC BỘ TỤ BÙ TẠI TRẠM BIẾN ÁP 110kV
TẠI TP HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

Mã số ngành: 60120202
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN XUÂN HOÀNG VIỆT

TP. HCM, tháng 11/2017


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ TP.HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Xuân Hoàng Việt

Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Công nghệ TP.HCM
ngày 19 tháng 11 năm 2017
Thành phần hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm:
Họ và Tên

TT

Chức danh hội đồng

1

PGS. TS. Ngô Cao Cường

Chủ tịch

2

PGS. TS. Võ Ngọc Điều

Phản biện 1

3

TS. Nguyễn Hùng

Phản biện 2

4

PGS. TS. Lê Chí Kiên

Ủy viên

5

TS. Đinh Hồng Bách

Ủy viên, thư ký

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn sau khi Luận văn đã được sửa
chữa. (nếu có)
Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận văn

NGÔ CAO CƯỜNG


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ TP.HCM

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

PHÒNG QLKH – ĐTSĐH

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
TP.HCM, ngày 31 tháng 7 năm 2017

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: LÊ QUỐC BẢO

Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 06/3/2016

Nơi sinh: TP.HCM

Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện

MSHV: 1541830001

I. Tên đề tài:
NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG BẢO VỆ CÁC BỘ TỤ BÙ TẠI TRẠM BIẾN ÁP
110kV TẠI TP HỒ CHÍ MINH.
II. Nhiệm vụ và nội dung:
T m hi u quá tr nh quá độ xảy ra khi th c hiện đóng và c t điện tụ bù 22kV tại
các trạm 110kV trong trường hợp khơng có s cố và xảy ra s cố tại bộ tụ bù.
III. Ngày giao nhiệm vụ: 07/10/2016
IV. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 31/7/2017
V. Cán bộ hướng dẫn: TS. Nguyễn Xuân Hoàng Việt.
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH


i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là luận văn của riêng tôi. Nội dung, số liệu được tập hợp
từ nhiều nguồn khác nhau. Thuyết minh, mô phỏng và kết quả tính tốn được bản
thân tơi th c hiện.
Tơi xin cam đoan rằng mọi s giúp đỡ cho việc th c hiện Luận văn này đã được
cảm ơn và các thơng tin trích dẫn trong Luận văn đã được ghi rõ nguồn gốc.
Học viên thực hiện Luận văn
Tp.HCM, ngày 31 tháng 7 năm 2017

Lê Quốc Bảo


ii

LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo trong Bộ môn Hệ Thống Điện
trường Đại học Công nghệ Tp.HCM, cán bộ công nhân viên thuộc Công ty Lưới
điện Cao thế Tp.HCM và bạn bè, đồng nghiệp đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi
cho tôi th c hiện luận văn. Đặc biệt tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu s c tới thầy giáo
TS. Nguyễn Xuân Hoàng Việt – thầy đã tận t nh quan tâm hướng dẫn giúp đỡ tôi
xây d ng và hoàn thành luận văn này.
V thời gian và kiến thức cịn hạn chế bản luận văn này khơng th tránh khỏi
nhiều thiếu sót, tơi rất mong nhận được s góp ý của các thầy cô, bạn bè và đồng
nghiệp đ bản luận văn này ngày càng hồn thiện.
Tơi xin chân thành cảm ơn!

iii

TĨM TẮT
Mơ phỏng và phân tích các hiện tượng của quá tr nh quá độ khi thao tác đóng
c t bộ tụ điện trong trạm biến thế 110kV là một khía cạnh trong cơng tác thiết kế,
l p đặt vận hành bộ tụ bù. Các hiện tượng này có th làm hư hỏng cách điện của bộ
tụ và các thiết bị khác trong trạm, gây tác động sai lệch cho mạch bảo vệ, mạch điều
khi n và ảnh hưởng đến chất lượng điện năng cung cấp cho khách hàng. D a vào
các kết quả mô phỏng từ phần mềm ATP đ từ đó nhà chế tạo và người vận hành
đưa ra các giải pháp nhằm hạn chế mức thấp nhất quá điện áp khi thao tác đóng bộ
tụ bù tại trạm biến áp 110 kV.
Các trường hợp đóng c t bộ tụ bù tại trạm biến áp 110 kV sử dụng phần mềm
ATP đ mô phỏng bao gồm: mô phỏng các quá tr nh quá độ xảy ra khi đóng c t bộ
tụ bù, ngồi ra cịn mơ phỏng hiện tượng phóng điện trở lại của máy c t khi c t bộ
tụ.


iv

ABSTRACT
Simulation and analysis of transient phenomena during capacitor switching
operation in 110kV transformer stations is an aspect in the design, installation and
operation of compensating capacitors. These phenomena can damage the insulation
of the capacitor and other equipment in the substation, causing false positives for
the circuit, the control circuit and the quality of the power supplied to the customer.
Based on simulation results from the ATP software from which the manufacturer
and the operator propose solutions to minimize the overvoltage when operating
capacitor banks at the 110 kV substation.

The case of capacitor banks at the 110 kV substation using ATP software for
simulations includes: simulation of transient processes occurring when switching on
or off the capacitors and simulating the Transient Recovery Voltage of the circuit
breaker when cut out the capacitors.


v

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ ii
TÓM TẮT ................................................................................................................. iii
ABSTRACT .............................................................................................................. iv
MỤC LỤC ...................................................................................................................v
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ......................................................................... vii
DANH MỤC CÁC BẢNG...................................................................................... viii
DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH ................................ ix
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
1. Đặt vấn đề: ..............................................................................................................1
2. Mục tiêu nghiên cứu:...............................................................................................2
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: ..........................................................................2
4. Phương pháp nghiên cứu:........................................................................................2
5. Nội dung của luận văn: ...........................................................................................3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRẠM BIẾN ÁP ...................................................4
1.1. Chức năng một số thiết bị trong trạm biến áp ..................................................6
1.1.1. Máy biến áp ...............................................................................................6
1.1.2. Máy c t trung thế ......................................................................................6
1.1.3. Tụ bù trung thế: .......................................................................................15
1.2. Hệ thống Rơ-le bảo vệ ...................................................................................16
1.2.1. Nhiệm vụ của bảo vệ rơ-le: .....................................................................17

1.2.2. Ký hiệu một số chức năng bảo vệ rơ-le thường được sử dụng trong trạm
biến áp: ..............................................................................................................18
1.2.3. Các chức năng bảo vệ rơ-le được sử dụng cho các thiết bị tại trạm: ......19
CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU CHƯƠNG TRÌNH ATP/ EMTP .....................................21
2.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ATP/EMTP: .......................................................21
2.1.1. Nguyên t c hoạt động: ............................................................................22
2.1.2. Khả năng của chương tr nh: ....................................................................22
2.1.3. Mô h nh hợp nhất các Module mô phỏng trong ATP .............................23
2.1.4. Một số ứng dụng quan trọng của ATP/EMTP: .......................................24


vi
2.2. ATPDraw .......................................................................................................25
2.2.1. Giới thiệu sơ lược về ATPDraw: ............................................................25
2.2.2. Các thiết bị tiêu chuẩn trong ATPDraw ..................................................26
2.2.2.1. Nguồn điện (Sources).......................................................................27
2.2.2.2. Nhánh (Branch) ................................................................................28
2.2.2.3. Máy biến áp (transformers) ..............................................................30
2.2.2.4. Thiết bị đóng c t (Switch) ................................................................31
2.2.2.5. Máy điện (Machines) .......................................................................31
CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MƠ HÌNH GIẢ LẬP KHI THAO TÁC ĐĨNG, CẮT
ĐIỆN BỘ TỤ BÙ ......................................................................................................33
3.1. Thơng số các phần tử trong trạm biến áp cần mô phỏng: ..............................33
3.1.1. Máy biến áp: ............................................................................................33
3.1.2. Máy c t bộ tụ bù:.....................................................................................33
3.1.3. Bộ tụ bù: ..................................................................................................34
3.1.4. Sơ đồ nối điện trạm Lê Minh Xuân: .......................................................34
3.2. Mô h nh các phần tử hệ thống điện trong mô phỏng .....................................34
3.2.1. Mô h nh nguồn điện ................................................................................34
3.2.2. Mô h nh thevenin hệ thống tại thanh cái 22kV của trạm: .......................35

3.2.3. Mô h nh tụ bù 3 pha 22kV: .....................................................................35
3.2.4. Mô h nh máy c t điện 3 pha 22kV: .........................................................36
3.3. Diễn biến s cố và các kết quả mơ phỏng q tr nh q độ đóng c t bộ tụ bù
22kV tại trạm biến áp 110kV Lê Minh Xuân: ......................................................37
3.3.1. Diễn biến s cố ngày 27/4/2017: ............................................................37
3.3.2. Th c hiện mơ phỏng trường hợp đóng điện tụ bù: .................................37
3.3.3. C t điện tụ bù ..........................................................................................49
3.3.4. C t điện tụ bù khi có s cố ......................................................................55
CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH CÁC KẾT QUẢ TÍNH TỐN, MƠ PHỎNG VÀ CÁC
KIẾN NGHỊ ..............................................................................................................62
4.1. Phân tích: ........................................................................................................62
4.2. Kiến nghị: .......................................................................................................62
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................64


vii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Ký hiệu, chữ viết t t

Ý nghĩa

ATP

Alternative Transients

Chú thích

Programmer
EMTP

TRV

Electro Magnetic Transient

Chương tr nh nghiên

Program

cứu quá độ điện từ

Transient Recovery Voltage

Điện áp phục hồi quá
độ

RV

Recovery Voltage

Điện áp phục hồi

ANSI

American National Standards

Viện Tiêu chuẩn Quốc

Institute

gia Hoa Kỳ

International Electrotechnical

Ủy ban Kỹ thuật Điện

Commission

Quốc tế

IEC

MC

Máy c t

BVRL

Bảo vệ Rơ-le

ONAF

Oil Natural Alternating Fan

Làm mát bằng dầu
tuần hồn có quạt

ONAN

Oil Natural Alternating not

Làm mát bằng dầu

Fan

tuần hồn khơng có
quạt


viii

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1: Khả năng mô phỏng của ATP ..................................................................22
Bảng 2.2: Các loại nguồn trong ATP ........................................................................27
Bảng 2.3: Các phần tử phi tuyến ...............................................................................28
Bảng 2.4: Các loại đường dây có thơng số dải (đường dây hốn vị) ........................29
Bảng 2.5: Các loại đường dây có thơng số dải (đường dây khơng hốn vị) .............29
Bảng 2.6: Các dạng đường dây có thơng số tập trung ..............................................29
Bảng 2.7: Các phần tử “cable constants” hoặc “line constants” ...............................30
Bảng 2.8: Các loại máy biến áp ................................................................................30
Bảng 2.9: Các loại thiết bị đóng c t ..........................................................................31
Bảng 2.10: Các loại máy điện ...................................................................................32


ix

DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH
H nh 1.1: Sơ đồ nối điện trạm Lê Minh Xuân ............................................................5
H nh 1.2: Quá tr nh c t của hệ thống thuần trở, thuần kháng .....................................9
H nh 1.3: Mô h nh nguyên t c xếp chồng quá tr nh đóng máy c t ...........................10

H nh 1.4: Dịng điện, TRV và RV.............................................................................10
H nh 1.5: Quá tr nh c t hệ thống thuần dung ............................................................11
H nh 1.6: Sơ đồ biến đổi tương đương của hệ thống điện có máy c t bộ tụ bù ngang
đóng c t thơng qua cuộn kháng .................................................................................11
H nh 1.7: Mối quan hệ P, τ theo g .............................................................................14
H nh 1.8: Sơ đồ mạch nhị thứ tại trạm Lê Minh Xn .............................................16
Hình 2.1: Mơ hình ATP/EMTP .................................................................................23
H nh 2.2: Mối tương quan giữa ATPDraw và các module khác ..............................24
H nh 2.3: Cửa sổ giao diện của ATPDraw ................................................................26
H nh 3.1: Mô h nh và nhập số liệu cho nguồn điện 3 pha ........................................34
H nh 3.2: Mô h nh và nhập số liệu cho giá trị Thevenin tại thanh cái 22kV của trạm
...................................................................................................................................35
H nh 3.3: Mô h nh và nhập số liệu cho tụ bù ............................................................36
H nh 3.4: Mô h nh và nhập số liệu cho máy c t .......................................................36
H nh 3.5: Mô h nh mô phỏng quá tr nh quá độ khi đóng điện tụ bù ........................37
H nh 3.6: Điện áp nguồn và của tụ bù pha A khi cấp điện tụ bù tại góc 0 ...............38
H nh 3.7: Dịng điện xung kích pha A của tụ bù khi cấp điện tụ bù tại góc 0 ..........38
H nh 3.8: Điện áp nguồn và của tụ bù pha B khi cấp điện tụ bù tại góc 0................39
H nh 3.9: Dịng điện xung kích pha B của tụ bù khi khi cấp điện tụ bù tại góc 0 ....39
H nh 3.10: Điện áp nguồn và của tụ bù pha C khi khi cấp điện tụ bù tại góc 0 .......40
H nh 3.11: Dịng điện xung kích pha C của tụ bù khi cấp điện tụ bù tại góc 0 ........40
H nh 3.12: Điện áp nguồn và của tụ bù pha khi cấp điện tụ bù tại góc π/2 ..............41
H nh 3.13: Dịng điện xung kích pha A của tụ bù khi cấp điện tụ bù tại góc π/2 .....41
H nh 3.14: Điện áp nguồn và của tụ bù pha B khi cấp điện tụ bù tại góc π/2 ..........42
H nh 3.15: Dịng điện xung kích pha B của tụ bù khi cấp điện tụ bù tại góc π/2 .....42
H nh 3.16: Điện áp nguồn và của tụ bù pha C khi cấp điện tụ bù tại góc π/4 ..........43


x
H nh 3.17: Dịng điện xung kích pha C của tụ bù khi cấp điện tụ bù tại góc π/2 .....43

H nh 3.18: Điện áp nguồn và của tụ bù pha A khi cấp điện tụ bù tại góc π .............44
H nh 3.19: Dịng điện xung kích pha A của tụ bù khi cấp điện tụ bù tại góc π ........44
H nh 3.20: Điện áp nguồn và của tụ bù pha B khi cấp điện tụ bù tại góc π..............45
H nh 3.21: Dịng điện xung kích pha B của tụ bù khi cấp điện tụ bù tại góc π ........45
H nh 3.22: Điện áp nguồn và của tụ bù pha C khi cấp điện tụ bù tại góc π..............46
H nh 3.23: Dịng điện xung kích pha C của tụ bù khi cấp điện tụ bù tại góc π ........46
H nh 3.24: Điện áp nguồn và của tụ bù pha A khi cấp điện tụ bù tại góc 3π/2 ........47
H nh 3.25: Dịng điện xung kích pha A của tụ bù khi cấp điện tụ bù tại góc 3π/2 ...47
H nh 3.26: Điện áp nguồn và của tụ bù pha B khi cấp điện tụ bù tại góc 3π/2 ........47
H nh 3.27: Dịng điện xung kích pha B của tụ bù khi cấp điện tụ bù tại góc 3π/2 ...48
H nh 3.28: Điện áp nguồn và của tụ bù pha C khi cấp điện tụ bù tại góc 3π/2 ........48
H nh 3.29: Dịng điện xung kích pha C của tụ bù khi cấp điện tụ bù tại góc 3π/2 ...48
H nh 3.30: Mô h nh mô phỏng quá tr nh quá độ khi c t điện tụ bù (có sử dụng mô
h nh giả lập hồ quang điện theo mô h nh Cassie và Mayr cải tiến) ..........................49
H nh 3.31 Dòng điện xung kích pha A của tụ bù khi mở máy c t tụ bù tại góc 0 ....50
H nh 3.32: Dịng điện xung kích pha B của tụ bù khi mở máy c t tại góc 0 ............50
H nh 3.33: Dịng điện xung kích pha C của tụ bù khi mở máy c t tại góc 0 ............50
H nh 3.34 Dịng điện xung kích pha A của tụ bù khi mở máy c t tại góc π/2 ..........51
H nh 3.35: Dịng điện xung kích pha B của tụ bù khi mở máy c t tại góc π/2 .........51
H nh 3.36: Dịng điện xung kích pha C của tụ bù khi mở máy c t tại góc π/2 .........51
H nh 3.37 Dịng điện xung kích pha A của tụ bù khi mở máy c t tại góc π .............52
H nh 3.38: Dịng điện xung kích pha B của tụ bù khi mở máy c t tại góc π ............52
H nh 3.39: Dịng điện xung kích pha C của tụ bù khi mở máy c t tại góc π ............53
H nh 3.40 Dịng điện xung kích pha A của tụ bù khi mở máy c t tại góc 3π/2 ........53
H nh 3.41: Dịng điện xung kích pha B của tụ bù khi mở máy c t tại góc 3π/2 .......54
H nh 3.42: Dịng điện xung kích pha C của tụ bù khi mở máy c t tại góc 3π/2 .......54
H nh 3.43: Mô h nh mô phỏng quá tr nh quá độ khi rơ-le bảo vệ tác động c t điện tụ
bù (có sử dụng giả lập hồ quang điện theo mơ h nh Cassie và Mayr cải tiến) khi có
s cố 1 pha chạm đất. ................................................................................................55
H nh 3.44 Dòng điện xung kích pha A của tụ bù khi có s cố tại thời đi m góc 0 ..56

xi
H nh 3.45: Dịng điện xung kích pha B của tụ bù khi có s cố tại thời đi m góc 0 .56
H nh 3.46: Dịng điện xung kích pha C của tụ bù khi có s cố tại thời đi m tại góc 0
...................................................................................................................................57
H nh 3.47 Dịng điện xung kích pha A của tụ bù khi có s cố tại thời đi m góc π/2
...................................................................................................................................57
H nh 3.48: Dịng điện xung kích pha B của tụ bù khi có s cố tại thời đi m góc π/2
...................................................................................................................................58
H nh 3.49: Dịng điện xung kích pha C của tụ bù khi có s cố tại thời đi m góc π/2
...................................................................................................................................58
H nh 3.50 Dịng điện xung kích pha A của tụ bù khi có s cố tại thời đi m góc π ..59
H nh 3.51: Dịng điện xung kích pha B của tụ bù khi có s cố tại thời đi m góc π .59
H nh 3.52: Dịng điện xung kích pha C của tụ bù khi có s cố tại thời đi m góc π .59
H nh 3.53 Dịng điện xung kích pha A của tụ bù khi có s cố tại thời đi m góc 3π/2
...................................................................................................................................60
H nh 3.54: Dịng điện xung kích pha B của tụ bù khi có s cố tại thời đi m góc 3π/2
...................................................................................................................................60
H nh 3.55: Dịng điện xung kích pha C của tụ bù khi có s cố tại thời đi m góc 3π/2
...................................................................................................................................61


1

MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề:
Điện năng là loại năng lượng khó lưu giữ mà thường phải sử dụng ngay sau khi
được sản xuất. Những nơi đặt nhà máy sản xuất điện (nguồn điện) thường là những
vùng xa khu dân cư, phụ tải nên đ truyền tải điện đến nơi tiêu thụ cần một mạng

lưới vô cùng phức tạp bao gồm: các máy phát điện, máy biến áp tăng áp, đường dây
truyền tải, các máy biến áp hạ áp và đường dây phân phối. Đ đảm bảo cho việc
cung cấp điện được liên tục, cũng như đảm bảo an toàn trong việc bảo vệ mạng lưới
điện, ta phải sử dụng nhiều máy c t đ tác động nhanh, chính xác nhằm nhanh
chóng cách ly s cố ra khỏi hệ thống cũng như đóng lại các thiết bị sau khi s cố đã
được xử lý. Chính v vậy, máy c t là phần tử rất quan trọng trong hệ thống điện nói
chung và hệ thống truyền tải điện cao áp nói riêng.
Ngồi ra đ giữ ổn định điện áp tại một nút điện áp, người ta đặt một bộ tụ bù
ngang ở nút đó. Quá tr nh đóng c t máy c t của bộ tụ này có rất nhiều vấn đề cần
phải nghiên cứu. Hiện tại, tại khu v c Tp.HCM đang được cung cấp nguồn điện
22kV từ 66 trạm biến áp 220-110kV / 22kV. Trong thời gian cao đi m, tại các trạm
220 – 110kV / 22kV sẽ đóng điện các bộ tụ bù đ bù công suất phản kháng trên lưới
điện. Khi các bộ tụ bù 22kV tại các trạm điện được kết nối vào lưới điện, một dòng
điện xung kích sẽ xuất hiện và khi mở máy c t tụ bù, đặc biệt là trong trường hợp s
cố sẽ xuất hiện s phóng hồ quang điện giữa 2 tiếp đi m của máy c t nếu sử dụng
loại máy c t b nh thường, không phải loại chuyên dùng cho việc đóng c t bộ tụ bù.
Hiện tượng trên có th xảy ra và gây hư hỏng cách điện cho bộ tụ bù, làm cho rơle
bảo vệ tác động sai lệch, ảnh hưởng đến việc cung cấp điện năng và chất lượng điện
năng
Vấn đề nghiên cứu này được l a chọn do việc tính tốn trị số bảo vệ rơle quá
dòng cho tụ bù 22kV tại trạm 110kV vẫn cịn mang tính chất kinh nghiệm là chủ
yếu, chưa có cơng cụ đ hỗ trợ cho việc khảo sát khi th c hiện việc đóng / c t điện
tụ bù 22kV tại các trạm biến áp.
Là một nhân viên đang công tác tại tổ Rơle thuộc Trung tâm Điều độ Hệ thống
điện Tp.HCM, em đã l a chọn đề tài: NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG BẢO VỆ CÁC


2
BỘ TỤ BÙ TẠI TRẠM BIẾN ÁP 110kV TẠI TP HỒ CHÍ MINH, với mong muốn
sử dụng chương tr nh mô phỏng, th c hiện lại các quá tr nh thao tác máy c t điện bộ

tụ bù trung thế 22kV với các điều kiện b nh thường và s cố đ có th hi n rõ hơn
quá tr nh quá độ xảy ra trong việc th c hiện các thao tác và ứng dụng kết quả này
vào công việc của bản thân.
2. Mục tiêu nghiên cứu:
Đ khảo sát, phân tích và đưa ra các giải pháp nhằm hạn chế các hiện tượng quá
độ có th xảy ra khi thao tác đóng c t bộ tụ bù trung thế 22kV trong các trạm biến
áp 220-110kV/ 22kV tại các thời đi m, khi có s cố q dịng và khơng có s cố.
Do đó, đề tài sẽ th c hiện các nhiệm vụ sau:
- T m hi u về trạm biến áp 220-110kV / 22kV, các thiết bị liên quan đến quá
tr nh đóng c t, bảo vệ bộ tụ bù trung thế tại trạm;
- T m hi u về hiện tượng RV, TRV xảy ra khi đóng c t máy c t đối với tải
mang tính chất cảm và tính chất dung;
- T m hi u về các mô h nh giả lập hồ quang điện;
- Nghiên cứu tổng quan về chương tr nh giả lập ATP/EMTP;
- Ứng dụng chương tr nh ATP/EMTP đ mô phỏng quá tr nh quá độ khi th c
hiện đóng c t bộ tụ bù trung thế 22kV trong vận hành.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
Trong luận văn này, em th c hiện nghiên cứu quá tr nh đóng c t máy c t bộ tụ
bù 22kV tại trạm biến áp 110kV Lê Minh Xuân. Phạm vi khảo sát là thời đi m quá
độ khi th c hiện thao tác đóng c t máy c t, từ đó đưa ra các nhận xét, kết luận, kiến
nghị khi th c hiện thao tác đóng c t bộ tụ bù tại trạm.
4. Phương pháp nghiên cứu:
- Tham khảo, phân tích, tổng hợp, sử dụng có chọn lọc tài liệu từ các công
tr nh nghiên cứu, các bài báo đã được công bố trên các tạp chí chun ngành
trong nước và ngồi nước.
- Lấy số liệu vận hành th c tế cũng như báo cáo s cố tại trạm biến áp


3
110kV Lê Minh Xuân.

- D a trên các số liệu đã thu thập và các mô h nh được sử dụng trong các bài
báo khoa học đ mô phỏng bằng phần mềm ATP/EMTP.
- D a vào kết quả mô phỏng đạt được đ đưa ra phân tích, đánh giá, kết luận
cũng như đóng góp thêm vào quá tr nh vận hành tại trạm biến áp.
5. Nội dung của luận văn:
Nội dung của luận văn được tr nh bày trong 4 chương:
Chương 1: Tổng quan về trạm biến áp
Chương 2: T m hi u chương tr nh ATP/EMTP
Chương 3: Xây d ng mơ h nh giả lập khi thao tác đóng, c t điện bộ tụ bù
Chương 4: Phân tích các kết quả tính tốn, mơ phỏng và các kiến nghị.


4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRẠM BIẾN ÁP
Trạm biến áp dùng đ biến đổi điện năng từ cấp điện áp này sang cấp điện áp
khác. Nó đóng vai trị rất quan trọng trong hệ thống cung cấp điện. Nhà máy điện và
trạm biến áp là các phần tử quan trọng trong hệ thống điện có th cung cấp điện có
th cung cấp điện năng cho phụ tải ở một nơi khác xa hơn, khoảng cách đó có th là
nhiều cây số.
Hiện nay nước ta đã nâng cấp điện áp lên đến 500kV đ tạo thành hệ thống điện
hoàn hảo vận hành từ 1994 đến nay. Chính v lẽ đó trạm biến áp th c hiện nhiệm vụ
chính là nâng cấp lên cao khi truyền tải, rồi những trung tâm tiếp nhận điện năng
(cũng là trạm biến áp) có nhiệm vụ hạ mức điện áp xuống đ phù hợp với nhu cầu.
Hiện nay nước ta đang sử dụng các cấp diện áp sau:
- Cấp cao áp.
+ 500kV dùng cho hệ thống điện quốc gia nối liền ba vùng B c, Trung, Nam.
+ 220kV dùng cho mạng điện khu v c.
+ 110kV dùng cho mạng phân phối, cung cấp cho các phụ tải lớn.
- Cấp trung áp.

+ 22kV trung tính nối đất tr c tiếp, dùng cho mạng điện địa phương cung
cấp cho các nhà máy vừa và nhỏ, cung cấp cho các khu dân cư.
- Cấp hạ áp
+ 380/220 V dùng trong mạng hạ áp, trung tính nối đất tr c tiếp.
Tuy có nhiều cấp điện áp khác nhau nhưng khi thiết kế, chế tạo vận hành thiết bị
điện được chia làm hai loại cơ bản:
- Thiết bị điện hạ áp có U < 1000 V.
- Thiết bị điện cao áp có U > 1000 V.
Từ s phân chia trên sẽ dẫn đến s khác nhau về cấu trúc, chủng loại cả các khí
cụ điện, của các cơng tr nh xây d ng và cả chế độ vận hành.


5
Sơ đồ trạm biến áp và chức năng các thiết bị trong trạm biến áp:

Hình 1.1: Sơ đồ nối điện trạm Lê Minh Xuân


6
1.1. Chức năng một số thiết bị trong trạm biến áp
1.1.1. Máy biến áp
Ký hiệu b t đầu bằng Tx
Máy biến áp là loại máy điện tĩnh, dùng đ biến đổi điện áp của hệ thống
điện xoay chiều nhưng vẫn giữa nguyên tần số của hệ thống. Tại trạm biến áp, máy
biến áp có chức năng hạ áp từ điện áp cao 110kV–220kV xuống điện áp thấp
15kV–22kV.
- Các thông số đặc trưng của máy biến áp:
+ Công suất định mức: ký hiệu Sđm (đơn vị đo kVA), là công suất bi u kiến
đưa ra ở cuộn dây thứ cấp máy biến áp khi điện áp, dòng điện máy biến áp ở định
mức.

+ Điện áp định mức: điện áp định mức của cuộn dây sơ cấp máy biến áp là
điện áp giữa các pha của nó khi cuộn dây thứ cấp hở mạch và có điện áp bằng điện
áp định mức thứ cấp. Điện áp định mức của cuộn dây thứ cấp máy biến áp là điện
áp giữa các pha của nó khi khơng tải mà điện áp trên c c cuộn dây sơ cấp bằng điện
áp định mức sơ cấp.
+ Hệ số biến áp: hệ số biến áp k được xác định bằng tỷ số giữa điện áp định
mức của cuộn dây cao áp với điện áp định mức của cuộn dây hạ áp.
+ Dòng điện định mức: là dòng điện qui định cho mỗi cuộn dây của máy
biến áp ứng với công suất định mức và điện áp định mức. Theo qui ước, với máy
biến áp 1 pha, dòng điện định mức là dòng điện pha. Với máy biến áp 3 pha dòng
điện định mức là dòng điện dây. Dòng điện định mức sơ cấp, ký hiệu là I1đm, dòng
điện định mức thứ cấp, ký hiệu là I2đm. Đơn vị dòng điện ghi trên máy biến áp
thường là A.
1.1.2. Máy cắt trung thế
Kí hiệu máy c t 22kV b t đầu bằng số 4xx, máy c t bộ tụ bù 22kV b t đầu
bằng T4xx.
Máy c t là một thiết bị đóng c t cơ khí, có khả năng đóng tải, dẫn dịng điện
tải, và c t dịng tải trong điều kiện b nh thường cũng như trong khoảng thời gian
nhất định khi s cố.


7
Máy c t có khả năng dẫn điện tốt, chịu được nhiệt và l c cơ học phát sinh ra
khi đóng máy c t do dịng điện tải nhỏ hơn hoặc tương đương với dòng ng n mạch
định mức.
Khi c t, máy c t cách điện tốt và chịu được điện áp giữa các tiếp đi m, điện
áp so với đất và điện áp giữa các pha. Hồ quang điện được h nh thành sau khi các
tiếp đi m b t đầu tách ra, máy c t chuy n từ trạng thái dẫn điện sang trạng thái
không dẫn điện trong khoảng thời gian rất ng n. Hồ quang thường được dập t t khi
dịng điện đạt đến giá trị khơng trong chu kỳ dòng điện xoay chiều; cơ chế dập hồ

quang này được th c hiện bằng cách kéo dài hồ quang với chiều dài tối đa, tăng
điện trở và hạn chế dịng. Có nhiều kỹ thuật khác nhau được dùng đ tăng chiều dài
hồ quang điện, tùy theo kích thước, định mức và ứng dụng th c tế.
Đ l a chọn một máy c t dùng cho một hệ thống cụ th ta cần cân nh c chủ
yếu đến dịng điện mà máy c t có khả năng dẫn điện liên tục mà khơng q nóng
(dịng tải định mức trong điều kiện b nh thường) và dòng điện tối đa máy c t có th
chịu đ ng khi c t ra khỏi s cố hoặc đóng vào đi m s cố (dòng ng n mạch định
mức). Các nghiên cứu trong hệ thống điện sẽ định lượng các giá trị này và ta có th
chọn các giá trị định mức từ các bảng cho sẵn theo tiêu chuẩn phù hợp.
Khi đóng c t máy c t, tùy vào cấp điện áp, cấu trúc hệ thống điện mà điện áp
quá độ, dịng điện q độ có giá trị khác nhau, u cầu của máy c t là phải chịu
được giá trị đó. Ngồi ra, trong sơ đồ thiết kế phải có thêm các thiết bị đ đảm bảo
an toàn cho nhân viên sửa chữa. Các tiêu chuẩn máy c t chủ yếu đang được áp dụng
là của IEEE/ANSI (American National Standards Institute – Viện Tiêu chuẩn Quốc
gia Hoa Kỳ) và IEC (International Electrotechnical Commission - Ủy ban Kỹ thuật
Điện Quốc tế). Các tiêu chuẩn này yêu cầu máy c t phải được thiết kế và sản xuất
đ đáp ứng các thông số kỹ thuật như khả năng cách điện, khả năng đóng c t, khả
năng bảo vệ tiếp đi m, khả năng mang tải.
a. Các thông số kỹ thuật của máy cắt cần quan tâm bao gồm:
- Điện áp định mức: Là điện áp giới hạn trên của điện áp cao nhất của hệ
thống mà máy c t được thiết kế. Điện áp định mức là thông số quan trọng đ tính
cách điện giữa các pha với đất, giữa các pha với nhau, đ thiết kế cấu tạo của buồng
dập hồ quang và khoảng cách giữa các đầu tiếp đi m


8
- Dòng điện định mức: Là dòng điện lớn nhất (giá trị hiệu dụng) có th
truyền qua máy c t một cách liên tục trong các điều kiện làm việc cho trước.
- Dòng điện cắt định mức: Là dòng điện lớn nhất (giá trị hiệu dụng) mà
máy c t có th c t mạch một cách an toàn khi ng n mạch, c t nhiều lần trong giới

hạn quy định.
- Dòng điện ổn định động định mức: Là giá trị tức thời lớn nhất đầu tiên
của dòng điện trong giai đoạn q độ sau khi có dịng điện chạy qua, dịng điện lớn
nhất có th truyền qua máy c t khi ở vị trí đóng.
- Dịng điện đóng định mức: Là giá trị lớn nhất của dòng điện mà máy c t
có th đóng mạch một cách an tồn trong thao tác đóng mạch.
- Dịng điện và thời gian ổn định nhiệt định mức: Là các đại lượng đặc
trưng cho khả năng chịu đ ng tác dụng nhiệt ng n hạn của dịng điện ng n mạch.
b. Q trình đóng cắt máy cắt
Quá tr nh thao tác đóng c t máy c t đều xảy ra vấn đề đối với hệ thống điện.
Trong quá tr nh đóng, hệ thống bị quá điện áp thao tác, ảnh hưởng đến cách điện
của các thiết bị. Trong quá tr nh c t, hệ thống xuất hiện quá điện áp phục hồi RV
(Recovery Voltage), RV quá cao có th gây phóng điện lại ở tiếp đi m máy c t.
Tất cả các phương pháp c t dòng trong hệ thống điện cao áp đều tạo ra một
khoảng cách không dẫn điện vào giữa đoạn dẫn điện. Điều này có th đạt được bằng
cách tách các tiếp đi m ra. Khoảng cách được h nh thành giữa các tiếp đi m được
lấp đầy bởi chất lỏng, khí, hoặc chân khơng. Tuy nhiên, giữa hai tiếp đi m có th bị
phóng điện trở lại qua các chất cách điện trên làm ảnh hưởng đến quá tr nh c t.
Việc c t ra dòng tải điện trở thuần thường không gây ra vấn đề g đáng k .
Điện áp và dòng điện của hệ thống thuần trở trùng pha nhau. Khi máy c t c t, điện
áp tăng dần từ không đến đỉnh theo dạng tần số công nghiệp, điện áp xuất hiện giữa
các tiếp đi m bằng chính giá trị điện áp định mức của hệ thống và được duy tr đến
khi tiếp đi m mở hoàn toàn. Tuy nhiên, trong nhiều hệ thống, thành phần điện cảm
của dòng điện lớn hơn nhiều so với các thành phần điện trở, khi các tiếp đi m mở
ra, dịng được c t, điện áp có xu hướng tăng tới giá trị đỉnh của nó. Dẫn đến điện áp
giữa các tiếp đi m tăng vọt, lớn hơn gấp nhiều lần giá trị điện áp c c đại trong chế


9
độ xác lập. Trong những trường hợp này, hồ quang có th phóng lại mặc dù các tiếp

đi m đã được tách.

Hình 1.2: Quá trình cắt của hệ thống thuần trở, thuần kháng
Hồ quang điện xoay chiều được dập t t khi dịng điện qua giá trị khơng.
Thiết bị dập hồ quang trong máy c t xoay chiều sẽ khử ion giữa các tiếp đi m khi
dòng điện đi qua giá trị không, giảm điện áp phục hồi nhằm ngăn ngừa hồ quang
cháy lại.
Khi nghiên cứu về công nghệ máy c t, người ta quan tâm đến quá tr nh xảy
ra trong hệ thống điện nối với máy c t như dạng sóng và biên độ của điện áp sau khi
c t. Phân loại theo chức năng của máy c t trong lưới điện cao áp bao gồm các loại
sau: Máy c t các phía của máy biến áp l c, máy c t vòng, máy c t liên lạc, máy c t
đường dây, máy c t tụ (tụ bù dọc, tụ bù ngang), máy c t kháng,... Trong phạm vi
của luận văn, ta sẽ đi nghiên cứu về máy c t tụ bù.
c. Chế độ làm việc của máy cắt bộ tụ bù
Việc đóng tụ điện tương đương với việc đóng một lượng cơng suất phản
kháng vào hệ thống khiến hệ thống bị quá điện áp thao tác (do công suất phản
kháng ảnh hưởng đến điện áp lưới nhiều hơn công suất tác dụng). Khi c t, giữa hai
đầu c c máy c t sẽ xuất hiện điện áp phục hồi quá độ (Transient Recovery Voltage
– TRV).


10
Q tr nh đóng c t được phân tích d a trên trạng thái xác lập – tồn tại trước
thao tác c t - và phản ứng quá độ của hệ thống. Khi các tiếp đi m b t đầu tách ra
khi thao tác c t sẽ b t đầu xuất hiện điện áp quá độ giữa các tiếp đi m này. Điện áp
này gọi là TRV, xuất hiện ngay sau khi dịng bằng khơng và trong khoảng vài ms.

Hình 1.3: Mơ hình ngun tắc xếp chồng q trình đóng máy cắt
Tuy nhiên, điều quan trọng cần lưu ý rằng điện áp phục hồi bao gồm hai
thành phần: thành phần quá độ (dao động cao tần) và điện áp quá độ phục hồi

(TRV), xuất hiện ngay sau khi dòng về không, và thành phần xác lập là điện áp xác
lập ở tần số công nghiệp sau khi hết quá độ. Dạng sóng của dao động điện áp được
xác định bởi các thơng số hệ thống.

Hình 1.4: Dịng điện, TRV và RV
Quá điện áp xảy ra khi c t tụ bù ngang ra khỏi hệ thống có trị số rất lớn, đủ
đ phá hoại cách điện đường dây và có th gây nổ máy c t điện. Khi c t máy c t, hồ
quang giữa các tiếp đi m sẽ t t lúc dịng điện qua khơng, hay là lúc điện áp nguồn
đạt trị số c c đại do mạch mang tính điện dung, dịng điện vượt trước điện áp một
góc 90o. Khi đó, tụ điện được nạp tới mức điện áp Uf. Điện áp trên đường dây giữ
khơng đổi, cịn điện áp nguồn vẫn biến đổi theo h nh sin. Qua nửa chu kỳ, điện áp