Luận văn Sử dụng phần mềm ATPDraw ðể mô phỏng và tính toán sét trên đuờng dây tải điện (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Sử dụng phần mềm ATPDraw ðể mô phỏng và tính toán sét trên đuờng dây tải điện (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN CƠNG THIỆN SỬ DỤNG PHẦN MỀM ATPDRAW ÐỂ MƠ PHỎNG VÀ TÍNH TỐN SÉT TRÊN ÐUỜNG DÂY TẢI ÐIỆN CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ÐIỆN - 60520202 S K C0 0 4 8 2 8 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4/2016
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN CƠNG THIỆN SỬ DỤNG PHẦN MỀM ATPDraw ĐỂ MƠ PHỎNG VÀ TÍNH TỐN SÉT TRÊN ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN Mã số ngành : 60520202 GVHD: TS.LÊ KỶ Tp. Hồ Chí Minh, Tháng 04 năm 2016
3. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN CƠNG THIỆN SỬ DỤNG PHẦN MỀM ATPDraw ĐỂ MƠ PHỎNG VÀ TÍNH TỐN SÉT TRÊN ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN Mã số ngành : 60520202 Tp. Hồ Chí Minh, Tháng 04 năm 2016
4. Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS. Lê Kỷ Phần mở đầu 1.Tính cấp thiết đề tài Sét là hiện tượng tự nhiên thường xuyên xảy ra trong năm, tùy theo vị trí địa lý mà số lần xuất hiện sẽ khác nhau. Thiệt hại do sét đánh là rất lớn, khơng những về kinh tế mà cịn ảnh hưởng đến vấn đề an ninh quốc gia đối với các ngành quan trọng như : Điện lực, Viễn thơng, Y tế Ở Việt Nam chúng ta hiện nay mỗi năm xảy ra mất điện do hiện tượng tự nhiên (cơn dơng, sét, giĩ mạnh ). Là hiện tượng xảy ra thường xuyên trong hệ thống truyền tải và phân phối điện năng, đĩ là sự thay đổi rất đa dạng về biên độ sĩng điện áp, dịng điện rất cao khi cĩ sự cố xảy ra của đường dây. ột trong các hiện tượng hổ iến nhất là t đánh, thiệt hại do sét đánh là rất lớn, yết định đến độ an tồn của năng lượng tr yền tải à h n hối. Sự thay đổi đột ngột biên độ điện áp, dịng điện, giá trị tần số làm ảnh hưởng trực tiếp đến thiết bị điện trong lưới đang vận hành, gây già cổi cách điện, thậm chí hư hỏng thiết bị làm mất tính ổn định trong hệ thống điện, ảnh hưởng đến chất lượng điện năng cung cấp cho khách hàng. Lưới điện trung áp của Việt Nam hiện chưa được đầ tư ốn tương xứng với yêu cầ . Thơng thường với các nước tiên tiến trên thế giới, nguồn vốn yêu cầ đầ tư cho lưới điện trung áp chiếm khoảng 50% tổng vốn đầ tư cho tồn ngành. Nước ta do điều kiện khĩ khăn ề kinh tế , đi lên từ sau chiến tranh cộng với bối cảnh vừa hịa nhập vào kinh tế thế giới, tốc độ tăng trưởng phụ tải rất nhanh, thường xuyên xảy ra thiếu hụt điện năng nên ng ồn vốn thường ư tiên tập trung phát triển nguồn điện cũng như lưới điện cao áp. Nguồn vốn đầ tư cho ng ồn à lưới cao áp của Việt Nam hiện chiếm khoảng 85%, cịn lại 15% là vốn đầ tư cho lưới trung áp. Vấn đề này hiện nay đã à đang đặt ra rất nhiều bất cậ mà ngành điện cũng như các khách hàng của mình đang cùng hải đối mặt bao gồm: lưới điện xuống cấ , độ tin cậy khơng cao, chất lượng điện năng thấp, tổn thất cơng suất, tổn thất điện năng lớn, khả năng tự động hĩa kém . Một vấn đề rất quan trọng cũng chưa được an t m đúng mức đĩ là hiện tượng á điện áp do t đánh xảy ra trong lưới trung áp. Việc lựa chọn chống sét van trong lưới điện này thường được chọn một cách đơn giản, ít xem xét vị trí lắ đặt, dẫn đến là chống sét van cĩ thể bị quá áp khi bị sét đánh. Nội dung bản luận ăn này sẽ tậ tr ng đi s nghiên cứu mơ phỏng Trang 1 HVTH:Trần Cơng Thiện
5. Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS. Lê Kỷ hiện tượng á điện á do sét đánh trong lưới điện trung áp à tìm cách đề xuất một hương thức lựa chọn đặt chống sét van hợp lý. Chương trình ATPDraw-E TP được đánh giá là một trong những chương trình được quốc tế sử dụng rộng rãi nhất để mơ phỏng các hiện tượng quá độ điện từ, điện cơ, sét đánh trong hệ thống điện. 2.Nhiệm vụ luận văn: . Nghiên cứu phần mềm mơ phỏng ATP/EMTP. . Nghiên cứu cấu tạo à tính năng kỹ thuật của thiết bị chống sét van. . Xác định mơ hình tính sét cho các phần tử của đường dây trung áp. . Xác định cấ trúc đường dây vị trí đạt hiệu quả chống sét. . Nhận xét, đánh giá, kết luận à đề suất biện pháp chống sét. 3.Phạm vi nghiên cứu: . Nghiên cứu cấu trúc mạng điện, hệ thống bảo vệ hệ thống điện trong thực tế. . Nghiên cứu cấu tạo à tính năng kỹ thuật của thiết bị chống sét van. . Nghiên cứu phần mềm mơ phỏng ATPDraw/EMTP. . Lập mơ hình, mơ phỏng để xác định các chỉ tiêu bảo vệ sét trên đường dây trung áp. . Nhận xét, đánh giá, kết luận à đề suất biện pháp chống sét cho mạng điện trung áp. 4.Các bước tiến hành: . Nghiên cứu ứng dụng phần mềm mơ phỏng. . Tìm hiểu nghiên cứu chọn lọc tài liệu liên quan. . Khảo sát hệ thống điện trung áp. . Nghiên cứ tính năng kỹ thuật chống sét van. . Lập mơ hình các phần tử của cấu trúc thử nghiệm hệ thống điện trung áp. . Thực hiện mơ phỏng. . Đánh giá, nhận xét và kết luận. Trang 2 HVTH:Trần Cơng Thiện
6. Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS. Lê Kỷ 5.Điểm mới luận văn: . Lập mơ hình và mơ phỏng đường dây trung áp VN với điện áp, dịng điện tại các vị trí khác nhau trong hệ thống điện trung áp khi bị sét đánh. . Xác định được hình dạng à iên độ x ng sét đi qua các thiết bị chống sét với các cấu hình khác nhau tại các vị trí khác nhau trong hệ thống điện trung áp. . Cấu trúc bảo vệ chống sét đường dây trung áp bằng chống sét van. 6.Giá trị thực tiễn luận văn: . Mơ hình các thiết bị sét được sử dụng cho việc nghiên cứu về dịng điện à điện áp trong hệ thống điện khi sét đánh trực tiếp vào hệ thống điện trung áp. . Mơ hình và mơ phỏng xác định dịng điện sét đi a các thiết bị chống sét với các cấu hình khác nhau tại các vị trí khác nhau trong hệ thống điện khi sét đánh trực tiếp lên hệ thống điện giúp cho cơng tác học tập và nghiên cứ trong lĩnh ực chống sét, giúp hiểu rõ sự phân bố dịng điện trong hệ thống điện khi sét đánh trực tiếp vào hệ thống điện. . Kết quả mơ phỏng cĩ thể phục vụ cho việc đánh giá à lựa chọn thiết bị chống sét phù hợp nhất cho việc chống sét cho thiết bị trong hệ thống điện trung áp, làm tiền đề cho việc thiết kế chống sét và nghiên cứu lắp đặt thiết bị chống sét lan truyền trong hệ thống điện tại Việt Nam. 7.Kết cấu luận văn: Chương 1:Tổng quan Chương 2:Giới thiệ chương trình ATP/E TP Chương 3:Thiết lập mơ hình tính tốn sét cho các phần tử đường dây trung áp Chương 4:Xác định cấu trúc chống sét đường dây trung áp bằng CSV Chương 5:Kết luận TÀI LIỆU THAM KHẢO Trang 3 HVTH:Trần Cơng Thiện
7. Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS. Lê Kỷ Chương 1 TỔNG QUAN 1.1.Tổng quan - Do điều kiện địa chất, thủy ăn, địa hình và khí hậu trên thế giới cĩ sự chênh lệch lớn theo từng vùng, từng Quốc gia. Do đĩ, mật độ sét từng khu vực cũng khác nhau. Các cơng trình tải điện nằm trong vùng cĩ mật độ sét lớn thường bị sét đánh, dẫn đến việc cắt điện do sự cố ngắn mạch là khơng thể tránh khỏi. - Việt Nam là một trong những vùng cĩ mật độ sét cao trong khu vực và trên thế giới, điều này ảnh hưởng tới khả năng c ng cấ điện ổn định và an tồn, đặc biệt đối với lưới trung áp l ơn được coi là mắt xích quan trọng của hệ thống điện Việt Nam. Do đĩ, iệc nghiên cứu các mơ hình chống sét hiệu quả nhất, đảm bảo được các yếu tố kỹ thuật - kinh tế à đặc thù trong khu vực của Việt Nam là rất cần thiết. - Trong hệ thống điện, đường dây trung áp cĩ đặc điểm trải dài trên nhiề địa hình, đi a nhiều vùng khí hậu - địa chất khác nhau và chịu sự ảnh hưởng trực tiếp từ thiên nhiên do cơng trình hầu hết được thiết trí ngồi trời. - Theo thống kê, đa hần việc cắt điện trong lưới điện trung áp chủ yếu do sét đánh d y dẫn hoặc do sét đánh cột gây ra hiện tượng hĩng điện ngược, từ đĩ g y ra ngắn mạch duy trì.Trong đĩ, số lần sự cố gây cắt điện do sét chiếm phần lớn trên lưới điện Việt Nam. Đặc biệt là vùng tuyến đi a cĩ điện trở suất của đất lớn, hệ thống tiế đất cĩ điện trở lớn, khu vực đồi núi cĩ mật độ sét cao. 1.2.Sự hình thành sét - Trong những điều kiện khí tượng nhất định sẽ cĩ sự h n chia điện tích trong các đám m y dơng do tác dụng của luồng khí nĩng thổi lên à hơi nước ngưng tụ trong các đám m y hoặc do sự gặp nhau của những luồng khơng khí nĩng ẩm với luồng khơng khí lạnh nặng, khi đĩ dơng ão à sấm chớp sẽ xảy ra. - Sét là một dạng hĩng điện tia lửa trong khí quyển với khoảng cách rất lớn. Q á trình hĩng điện cĩ thể xảy ra trong khí quyển giữa các đám m y mang điện trái dấu và giữa các đám m y ới đất. Trang 4 HVTH:Trần Cơng Thiện
8. Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS. Lê Kỷ - Sa khi đạt độ cao nhất định vùng khơng khí này bị lạnh đi, hơi nước ngưng tụ thành những giọt nước li ti hoặc thành những tinh thể ăng à tạo thành các đám m y dơng. Các đám m y mang điện là kết quả của sự phân tích các điện tích trái dấu và tập trung trong các phần khác nhau của đám m y. - Kết quả quan trắc cho thấy rằng phần dưới của các đám m y dơng chủ yếu là chứa các điện tích m, do đĩ cảm ứng trên mặt đất những điện tích dương tương ứng và tạo nên một tụ điện khơng khí khổng lồ .Cường độ điện trường tr ng ình nơi đồng nhất thường ít khi á 1KV/cm, nhưng cá iệt nơi mật độ điện tích cao, hoặc nơi cĩ ật dẫn điện tốt nhơ lên cao trong mặt đất điện trường cục bộ cĩ thể cao hơn nhiều và cĩ thể đạt đến ngưỡng ion hĩa khơng khí (ở mặt đất trị số này 25-30KV/cm và càng lên cao càng giảm, ở độ cao một vài kilomét giảm cịn khoảng 10KV/cm) sẽ gây ion hĩa khơng khí tạo thành dịng plasma, mở đầ cho á trình hĩng điện sét giữa mây dơng và mặt đất. Hình 1.1: Sự phát triển của sét trong đám mây dơng. - Sét thực chất là một dạng hĩng điện tia lửa trong khơng khí với khoảng cách hĩng điện rất lớn. Chiều dài trung bình của khe sét khoảng 3  5 Km, phần lớn chiề dài đĩ hát triển trong các đám m y dơng. Q á trình hĩng điện của sét tương tự á trình hĩng điện tia lửa trong điện trường rất khơng đồng nhất với khoảng cách hĩng điện lớn. Trang 5 HVTH:Trần Cơng Thiện
9. Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS. Lê Kỷ Hình 1.2: Sự phát triển của sĩng điện sét trong đám mây dơng. 1.3.Cường độ hoạt động của sét 1.3.1.Số ngày sét - Cường độ hoạt động của sét được biểu thị bằng số ngày cĩ giơng sét hàng năm (nngs). Các số liệ này được xác định theo số liệu quan trắc ở các đài trạm khí tượng phân bố trên lãnh thổ từng nước. Theo số liệu thống kê của nhiề nước, ta cĩ: - Số ngày sét hàng năm ở ùng xích đạo : 100  150 ngày. - Số ngày sét hàng năm ở vùng nhiệt đới : 75  100 ngày. - Số ngày sét hàng năm ở ùng ơn đới : 30 50 ngày. 1.3.2.Mật độ sét - Để tính tốn số lần cĩ hĩng điện xuống đất, cần biết số lần cĩ sét đánh 2 trên diện tích 1[km ] mặt đất ứng với một ngày sét, cĩ trị số khoảng ms = 0,1  0,15 [lần/km2/ngày sét]. Từ đĩ, sẽ tính được số lần sét đánh ào các cơng trình tải điện. Kết quả tính tốn này cho một giá trị trung bình. Trang 6 HVTH:Trần Cơng Thiện
10. Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS. Lê Kỷ  Mật độ t trung bình năm tại Việt Nam Địa điểm Mật độ sét STT Tỉnh, thành phố (Tên trạm khí tượng) (số lần/km2/năm) 1. Ninh Thuận Phan Rang 1,0 2. Phú Yên Tuy Hịa 3,4 3. An Giang Ch Đốc 4,5 4. Thái Bình Thái Bình 5,1 5. Hà Tĩnh Kỳ Anh 6,1 6. Bà Rịa Vũng Tà Vũng Tà 7,1 7. Thanh Hĩa Thanh Hĩa 8,0 8. Hải Phịng Phú Liễn 9,0 9. Gia Lai Pleiku 9,4 10. Yên Bái Yên Bái 9,7 11. Thừa Thiên Huế A Lưới 10,0 12. Hà Giang Hà Giang 10,5 13. Bạc Liêu Bạc Liêu 11,0 14. Cà Mau Cà Mau 11,9 15. Đăk Nơng Đăk Nơng 12,2 16. Đăk Lăk Ban Mê Thuột 13,0 17. Bình Phước Đồng Phú 14,9 18. Long An Mộc Hĩa 16,2 (Nguồn: Viện Vật lý địa cầu) 1.4.Các tham số của phĩng điện sét U (%) 100 50 Umax Umax 2 t (s) 0 đs s Hình 1.3: Dạng dịng điện sét Trang 7 HVTH:Trần Cơng Thiện
11. Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS. Lê Kỷ - Dạng điện sét cĩ dạng một sĩng xung (Hình 1.3). Trung bình trong khoảng vài s, dịng điện tăng nhanh đến trị số cực đại tạo nên phần đầu sĩng à sa đĩ giảm chậm trong khoảng (20100)s tạo nên phần đ ơi sĩng. 1.4.1.Biên độ dịng điện sét - Xác suất xảy ra dịng điện sét cĩ iên độ lớn hơn hoặc bằng I được xác định : I 26,1 (1-1) vI e - Ở những ùng đồi núi, iên độ dịng điện sét thường é hơn so ới những ùng đồng bằng khoảng vài lần, do khoảng cách từ đất lên các đám m y giơng ngắn hơn nên hĩng điện sét đã cĩ thể xảy ra, ngay khi mật độ điện tích của các đám m y cịn é hơn. Tức là xác suất xuất hiện dịng điện sét cĩ biên độ lớn thấ hơn. I p 30 (1-2) vI e 1.4.2.Thời gian đầu ĩng và độ dài dịng điện sét - Thời gian đầ sĩng hay độ dài đầ sĩng được ký hiệu là đs. - Độ dài sĩng dịng điện sét (s) là thời gian cho đến khi dịng sét giảm cịn khoảng 1/2 iên độ của nĩ. - Kết quả đo đạc cho thấy phần lớn sĩng dịng điện sét cĩ thời gian đầu sĩng đs = (110)s thường gặp là (14)s à độ dài sĩng trong khoảng s = (20100)s. Trong tính tốn thiết kế thường lấy thời gian đầu sĩng đs =1,2s à độ dài sĩng trung bình s là 50s tương ứng với dạng sĩng chuẩn (1,2/50). - Số liệu quan trắc sét ở nhiề nước trong nhiề năm cho thấy, sĩng dịng điện sét mang cực tính âm xuất hiện thường x yên hơn à chiếm khoảng 80%  90% tồn bộ số lần hĩng điện sét. 1.5.Số lần t đánh trong một năm - Xét một đường dây cĩ chiề dài là L[km], độ treo cao trung bình của d y trên cùng là h[m], đường dây sẽ thu hút về hía mình các hĩng điện của sét trên dải đất cĩ chiều rộng là 6h và chiều dài bằng cả chiều dài của đường dây. Tổng số lần cĩ sét đánh thẳng lên đường dây hàng năm là: Trang 8 HVTH:Trần Cơng Thiện
12. Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS. Lê Kỷ cs -3 N = (0,10,15).6h tb .L.10 .nngs (1-3) Trong đĩ ms: mật độ sét vùng đi a. nngs: số ngày sét trong một năm. cs h tb : chiều cao trung bình của dây dẫn [m]. 2 h cs = hcs- f cs , fcs: . tb 3 L: chiều dài của đường dây[km]. Lấy L = 100(km) ta sẽ cĩ số lần sét đánh ào 100(km) dọc chiề dài đường dây trong một năm. N là tổng số lần sét đánh ào đường dây được tính tốn như sa :  cs -3 cs N = (0,1 0,15).6h tb .100.10 .nngs = (0,060,09).h tb .nngs (1-4) - Tuỳ theo vị trí sét đánh, á điện áp xuất hiện trên cách điện đường dây cĩ trị số khác nhau. Số lần sét đánh trực tiế ào đường dây cĩ các trường hợp sau: Đường dây khơng treo dây chống sét 1 2 3 N 1 2 3 1 2 3 Mặt đất Rc Rc Rc Trang 9 HVTH:Trần Cơng Thiện
13. Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS. Lê Kỷ N 1 1 1 2 3 2 3 2 3 Mặt đất Rc Rc Rc Hình 1.4: Các trường hợp sét đánh vào đường dây khơng treo dây chống sét Đường dây cĩ treo dây chống sét N đc N đv N kv 4 4 1 1 1       2 3 2 3 2 3 Mặt đất Rc Rc Rc Hình 1.5: Các trường hợp sét đánh vào đường dây cĩ treo dây chống sét Trang 10 HVTH:Trần Cơng Thiện
14. Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS. Lê Kỷ 1.6.Xác suất phĩng điện - Xác suất hĩng điện được ký hiệu là  đ là xác suất xuất hiện dịng điện sét g y nên điện áp do á điện áp khí quyển trên cách điện đường dây hơn giá trị điện áp xung kích của chuỗi cách điện (U50%), được xác định như sa : pđ P U U50% (1-5) 1.7.Suất cắt đường dây - Suất cắt đường dây là số lần cắt điện của đường dây cĩ chiều dài 100km trong một (01) năm, ký hiệ là n à được tính như sa : n = N.. (lần/100km.năm) (1-6) Trong đĩ: N: số lần sét đánh ào đường dây với chiều dài là 100km.  đ: xác suất hĩng điện. : xác suất hình thành hồ quang. 1.8.Biện pháp bảo vệ chống sét trên đường dây trung áp - Vấn đề bảo vệ sét cho lưới trung áp rất khĩ khăn do mức cách điện xung kích thấp, khơng dùng dây chống sét, vì vậy việc sử dụng các chống sét van kết hợp với nối đất các cột điện là một giải pháp nâng cao chỉ tiêu chịu sét cho đường dây trung áp. - Sa đ y là một số giải pháp để giảm sự hĩng điện khi bị sét đánh trên đường dây trung áp. - Giải pháp giảm điện trở nối đất chỉ nên thực hiện tại những vùng tuyến đi a cĩ điện trở suất của đất thấ . Khi đĩ, điện trở nối đất giảm nhanh và hệ thống nối đất tốt, cĩ lợi cho việc bảo vệ chống sét. - Những nơi cĩ điện trở suất đất cao như tại những ùng đất cát, đất đồi nhiều sỏi đá, núi đá hong hĩa như T y Ng yên của nước ta iệc thiết kế hệ thống nối đất sao cho đạt được trị số điện trở nối đất theo yêu cầu là một điều hết sức khĩ khăn. - Thêm ào đĩ, điện trở nối đất khơng giảm tuyến tính khi bổ sung số lượng cọc – tia cho hệ thống nối đất, nghĩa là đến một số lượng cọc – tia nhất Trang 11 HVTH:Trần Cơng Thiện
15. Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS. Lê Kỷ định thì việc tăng số lượng cọc – tia làm giảm khơng nhiều giá trị điện trở nối đất, khơng đem lại hiệu quả cao, đồng thời làm gia tăng chi hí x y dựng. - Tại những vùng tuyến đường d y đi a cĩ điện trở suất của đất lớn, nếu đầ tư hệ thống nối đất tốt thì rất tốn kém, nế khơng đầ tư hệ thống nối đất thì treo dây chống sét cũng khơng mang lại hiệu quả nên việc treo chống sét an cho đường dây cần được an t m để giảm suất cắt đường dây trung áp. - Biện pháp hiệu quả là lắ đặt chống sét van cho đường dây trung áp, các ha được lắ đặt chống sét van sẽ khơng xuất hiện hĩng điện hồ quang duy trì trên cách điện nên khơng bị cắt điện đường dây trung áp. - T y nhiên, để bảo vệ an tồn cho đường dây trung áp, cần phải lắ đặt chống sét van trên hầu hết các pha tại các vị trí cột của đường dây dẫn đến chi hí đầ tư cao. - Do đĩ, đường dây cần phải được lắp đặt chống sét van một cách cĩ chọn lọc theo thực tế từng đường dây cụ thể để tăng tính hiệu quả à đảm bảo điều kiện kinh tế - kỹ thuật. 1.9.Một số giải pháp liên quan đề tài - Trong nước chưa cĩ trương trình nào cụ thể cho mơ phỏng và tính tốn lắp đặt chống sét an trên lưới trung thế 22kv. Một số chương trình tham khảo: + Q á điện áp khí quyển đường dây phân phối trên khơng[15]. + Thiết kế chống sét để bảo vệ hệ thống điện[17]. + So sánh cơng cụ mơ phỏng ATPDraw và Tflash nghiên cứu quá áp sét[14]. + Mơ phỏng các cách điện và bảo vệ đường dây phân phối bằng chống sét van tại khu vực cĩ sét[16]. -Những giải pháp trên cần cĩ tính tốn mơ phỏng cho lưới điện về việc lắ đặt chống sét an trên đường dây trung thế lưới điện 22kv. Trang 12 HVTH:Trần Cơng Thiện
16. Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS. Lê Kỷ Chương 2 GIỚI THIỆU VỀ CHƯƠNG TRÌNH ATP-EMTP 2.1.Sơ lược lịch sử phát triển của chương trình ATP-EMTP - Chương trìnhquá độ điện từ trong hệ thống điện,(EMTP – Electromagnetic Transients Programme) là một chương trình máy tính dùng cho iệc mơ phỏng các á trình á độ điện từ, điện cơ à sét đánh hệ thống điều khiển trong hệ thống điện nhiều pha. - Chương trình E TP được phát triển vào những năm c ối của thập kỷ 60 thế kỷXX bởi tiến sĩ Hermann Dommel, ơng đã mang chương trình này đến BonnevillePower Administration (BPA). - Vào năm 1973 khi giáo sư Dommel rời khỏi BPA để chuyển đến đại học British Columbia (UBC), hai phiên bản của chương trình đã được định hình: Phiên bản tương đối nhỏ UBC được sử dụng chủ yế để phát triển các mơ hình; và phiên bản BPA, mở rộng nhằm hướng tới các yêu cầu của các kỹ sư điện. Phiên bản BPA của chương trình E TP được phát triển nhờ những nỗ lực cộng tác của tiến sỹ Scott Meyer và tiến sỹ Tsu-huei Liu của BPA, cũng như sự đĩng gĩ của hàng loạt các Cơng ty Điện lực và các Trường đại học Bắc Mỹ. Nhằm hợp lý hĩa sự phát triển của chương trình và thu hút sự tài trợ từ các Cơng ty Điện lực, nhĩm phối hợp phát triển chương trình E TP (DCG) đã được thành lậ ào năm 1982 à được thương mại hĩa đầ tiên ào năm 1984. - Vào năm 1986, tiến sỹ Scott Meyer rời khỏi DCG, ơng đã tích cực chủ trương hát triển một phiên bản độc lập của EMTP gọi là ATP (Alternative Transients Programme). - Năm 1989, UBC tiếp tục phát triển à thương mại hố phiên bản an đầu của EMTP nhắm ào dịng máy PC dưới tên gọi là MicroTran.Vào giữa những năm 80 thế kỷ trước, Trung tâm nghiên cứu HVDC Manitoba phát Trang 13 HVTH:Trần Cơng Thiện
17. Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS. Lê Kỷ triển một phiên bản của EMTP (EMTDC) nhằm chủ yếu cho việc mơ phỏng hệ thống một chiều HVDC - ATP được đánh giá là một trong những chương trình được quốc tế sử dụng rộng rãi nhất để mơ phỏng các hiện tượng á độ điện từ, điện cơ,sét đánh trong hệ thống điện. Cách tính tốn trong miền thời gian (time domain), nĩ rất quan trọng khi muốn tính tốn các sĩng hài và với các phần tử phi tuyến tính (non-linear elements). 2.2.Các thành phần trong thư viện của ATP - Các phần tử R, L, C tuyến tính và phi tuyến - Các thiết bị đo: đo dịng, đo á , Tacs, odels, - Các mơ hình đường dây truyền tải. - Các cơng tắc điều khiển theo thời gian, điện áp, cơng tắc từ, cơng tắc thống kê . - Mơ hình máy biến á : BA lý tưởng, MBA bão hịa, MBA tự ngẫ . - Mơ hình các nguồn áp, nguồn dịng, các nguồn phân tích: hàm dốc, hàm mũ, hàm sin - ơ hình máy điện quay: động cơ đồng bộ, khơng đồng bộ 1pha, 3 pha - Các van : diodes, thyristor, triacs v.v - Ngồi ra người sử dụng cịn cĩ thể tạo ra các thành phần điện khác để thực hiện mơ phỏng. Trang 14 HVTH:Trần Cơng Thiện
18. Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS. Lê Kỷ 2.3.Mơ hình hợp nhất các Module mơ phỏng trong ATP Mơ hình ATP: Các nguồn áp Các nguồn dịng Cơng tắc điều khiển Các điện áp nút Các dịng điện nhánh Trạng thái của các cơng tắc Hình 2.1: Mơ hình hợp nhất ATP - ATP cĩ các chương trình hụ (S orting rograms): Đĩ là các thủ tục con cho sự chuẩn bị dữ liệu vào của một số hệ thống thành phần. - ATP liên kết qua lại với TACS à ODELS để đi h n tích hệ thống điều khiển. ATPDraw được dùng để thành lập các mơ hình mạch điện, dùng trong giao tiếp giữa ATP với TACS và MODELS khi chạy mơ phỏng. - MODELS là một ngơn ngữ mơ tả đa năng được hổ trợ bởi một tập hợp rộng lớn các cơng cụ mơ phỏng cho việc trình bày và nghiên cứu các hệ thống thay đổi theo thời gian. + Cấu trúc mỗi mơ hình cho phép sử dụng những định dạng tự do, cấu trúc từ khĩa và những ăn ản riêng biệt. Trang 15 HVTH:Trần Cơng Thiện
19. Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS. Lê Kỷ + MODELS trong ATP mơ tả những thành phần điều khiển và mạch điện do người dùng tạo ra, cung cấp một giao diện đơn giản để kết nối với các chương trình hay mod le khác tới ATP. + Như một cơng cụ lậ chương trình đa năng, ODELS cĩ thể được dùng để xử lý các kết quả mơ phỏng trong miền tần số hay miền thời gian. - TACS (Transient Analysis of Control Systems) là một mơ hình dùng để mơ phỏng cho hệ thống điều khiển trong miền thời gian. Nĩ được phát triển đầu tiên cho sự mơ phỏng những bộ điều khiển biến đổi HVDC. TACS cĩ thể được sử dụng để mơ phỏng: + Những bộ biến đổi điều khiển HVDC. + Những hệ thống kích thích của máy đồng bộ. + Năng lượng điện à điều khiển. + Hồ ang điện. - Giao diện giữa mạng điện à TACS được thiết lập bởi sự trao đổi các tín hiệ như điện á nút, dịng điện đĩng cắt, trạng thái đĩng cắt, điện trở thay đổi theo thời gian, nguồn áp và dịng. 2.4.Những module chính trong ATP - ATP cĩ 6 module chính: A. Module ATPDraw: Hình 2.2: Giao diện ATPDraw Trang 16 HVTH:Trần Cơng Thiện
20. Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS. Lê Kỷ B.ModulePLOT XY: Hình 2.3:Giao diện PlotXY C.Module ATP CONTROL CENTER (ATPCC): Hình 2.4: Giao diện ATP Control Center D.Module PCPLOT: Hình 2.5: Giao diện PCPlot E.Module GTPPLOT: Hình 2.6: Giao diện GPPLOT Trang 17 HVTH:Trần Cơng Thiện
21. Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS. Lê Kỷ F.Module PROGRAMMER’SFILE EDITOR (PFE): Hình 2.7: Giao diện PFE - Trong 6 mod le trên, mod le đĩng ai trị nền tảng cho các module khác chính là ATPDraw. Hình 2.8: Mối tương quan giữa ATPDraw với các Module khác 2.5.Một số ứng d ụng quan trọng của ATP: - Q á điện á do sét đánh (Lightning o er oltage st dies). - Q á độ do đĩng cắt và sự cố (Switching transients and faults). - Q á điện á đồng bộ à tĩnh (Statistical and systematic o eer oltage studies). - Q á độ thay đổi nhanh trong GIS và nối đất (Very fast transients in GIS and groundings). Trang 18 HVTH:Trần Cơng Thiện
22. S K L 0 0 2 1 5 4