Luận văn Xây dựng mô hình và mô phỏng cáp trong trạng thái quá độ (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Xây dựng mô hình và mô phỏng cáp trong trạng thái quá độ (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 TRƯƠNG THỊ HỌA MY XÂY DỰNG MÔ HÌNH VÀ MÔ PHỎNG CÁP TRONG TRẠNG THÁI QUÁ ĐỘ S K C 0 0 3 9 5 9 NGÀNH: THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 605250 S KC 0 0 3 9 3 9 Tp. Hồ Chí Minh, 2012
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯƠNG THỊ HỌA MY XÂY DỰNG MÔ HÌNH VÀ MÔ PHỎNG CÁP TRONG TRẠNG THÁI QUÁ ĐỘ NGÀNH: TB MẠNG & NHÀ MÁY ĐIỆN -605250 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS QUYỀN HUY ÁNH Tp. Hồ Chí Minh, tháng 12/2012
3. Luận Văn Thạc Sĩ Lý lịch khoa học LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: Trương Thị Họa My Giới tính: Nữ Ngày, tháng, năm sinh: 01/12/1984 Nơi sinh: Quảng Ngãi Quê quán: Đức Thạnh, Mộ Đức, Quảng Ngãi Dân tộc: Kinh Chức vụ, đơn vị công tác trước khi học tập, nghiên cứu: Nhân viên Phòng Kỹ Thuật, Công ty Cáp TAIHAN-SACOM, Đồng Nai Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: Công ty Cáp TAIHAN-SACOM, Đường số 8, Khu Công nghiệp Long Thành, Đồng Nai Điện thoại cơ quan: (+084) 016. 3514. 145 Fax: (+084) 016. 3514. 146 E-mail:hoamytruong2003@yahoo.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Cao đẳng: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 10/2003 đến 5/2006 Nơi học (trường, thành phố): Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh Ngành học: Điện Khí Hóa và Cung Cấp Điện 2. Đại học: Hệ đào tạo: Chính qui Thời gian đào tạo từ 09/2006 đến 08/2008 Nơi học: Trường Đại học Sư Phạm kỹ Thuật, Tp.Hồ Chí Minh Ngành học: Điện công nghiệp Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Sử dụng phần mềm trong thiết kế tủ điện. Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: Đại học Sư Phạm kỹ Thuật, Người hướng dẫn: PGS.TS Quyền Huy Ánh 3. Thạc sĩ: Hệ đào tạo: Tập trung chính qui Thời gian đào tạo từ 05/2009 đến 5/ 2011 Nơi học: Đại học sư phạm kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh, Tp Hồ Chí Minh Ngành học: Thiết bị mạng và nhà máy điện. Tên luận văn:Xây dựng mô hình và mô phỏng cáp trong trạng thái quá độ HVTH:Trƣơng Thị Họa My ii GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh
4. Luận Văn Thạc Sĩ Lý lịch khoa học Ngày & nơi bảo vệ luận văn: Tháng 12 năm 2012 tại Đại học sư phạm kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh. Người hướng dẫn:PGS. TS Quyền Huy Ánh 4. Học vị, học hàm, chức vụ kỹ thuật đƣợc chính thức cấp; số bằng, ngày & nơi cấp: Bằng Kỹ Sƣ Điện Công Nghiệp và Chứng chỉ Sƣ phạm bậc 2, cấp tại Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.Hồ Chí Minh III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 8/2008- Công ty Cáp TAIHAN-SACOM Kỹ sư phòng KT- công nghệ 12/2012 Ngày 27 tháng 12 năm 2012 Ngƣời khai ký tên Trương Thị Họa My HVTH:Trƣơng Thị Họa My iii GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh
5. Luận Văn Thạc Sĩ Lời cam đoan LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 27 tháng 12 năm 2012 Người viết cam đoan Trương Thị Họa My HVTH:Trương Thị Họa My iv GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh
6. Luận Văn Thạc Sĩ Lời cảm ơn LỜI CẢM ƠN Qua thời gian trên hai năm học tập, nghiên cứu và thực hiện luận văn thạc sĩ tại trường Đại học sư phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh. Ở đây, tôi được sống và học tập trong điều kiện thuận lợi nhất, trong những tấm lòng tận tụy giảng dạy của quý thầy cô, vòng tay giúp đỡ và đùm bọc của bạn bè học chung lớp. Thông qua luận văn này tôi xin chân thành cám ơn: Thầy PGS.TS Quyền Huy Ánh, người thầy mẫu mực, tận tụy, định hướng, chỉ bảo, truyền đạt những kiến thức chuyên môn và kinh nghiệm nghiên cứu trong quá trình tôi thực hiện luận văn này. Quí Thầy/Cô phản biện, đã đưa ra những quan điểm, đánh giá bổ sung vào lĩnh vực tôi đang nghiên cứu, giúp tôi hiểu rộng hơn về hướng nghiên cứu đề tài, và tự đánh giá lại công việc đã thực hiện của mình. Quí Thầy/Cô Trường Đại học sư phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh đã truyền đạt kiến thức chuyên môn, kinh nghiệm, giúp tôi tự tin tìm hiểu kiến thức chuyên ngành. Ban Giám hiệu, lãnh đạo Khoa Điện-Điện tử trường Đại học sư phạm kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh đã tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi hoàn thành khoá học. Xin chân thành cảm ơn những người thân yêu nhất trong Gia đình đã khích lệ cũng như tạo mọi điều kiện để tôi hoàn thành luận văn này. Lời sau cùng, xin gởi lời cám ơn đến các đồng nghiệp, các anh chị học viên cao học khóa 2009 – 2011 đã đóng góp nhiều ý kiến quí báu cũng như sự ủng hộ mạnh mẽ về mặt tinh thần giúp tôi hoàn thành tốt đề tài này. Xin chân thành cám ơn! Tp Hồ Chí Minh, ngày 27 tháng 12 năm 2012 Học viên thực hiện Trương Thị Họa My HVTH:Trương Thị Họa My v GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh
7. Luận Văn Thạc Sĩ Tóm tắt TÓM TẮT Luận văn trình bày kỹ thuật xác định mô hình và mô phỏng cáp điện trong trạng thái quá độ dựa trên phần mềm mô phỏng ATP và MATLAB. Chương trình loại EMTP bao gồm nhiều chương trínhđược thiết kế riêng dùng để hổ trợ (cable constants) cho việc tính toán một sơ đồ hệ thống điện trong quan hệ của một chuỗi gồm 1 ma trận trở kháng nối tiếp Z và 1 ma trận tổng dẫn song song Y, dựa trên dữ liệu cáp được xác định bởi hình dạng và các đặc tính của vật liệu. Một vài mô hình đường dây đã được thực hiện trong các chương trình EMTP phổ biến hiện nay vốn có thể mô tả một cách chính xác sự phụ thuộc vào tần số của hệ thống cáp. Tất cả các mô hình này đòi hỏi cùng một loại thông số ngõ vào, cụ thể là ma trận trở kháng nối tiếp Z và ma trận tổng dẫn song song Y. Nói chung, đối với các hệ thống cáp, việc có được các thông số ngõ vào đủ mức chính xác thì hơn là hệ thống đường dây trên không do khoảng cách hình học nhỏ khiến cho các thông số của cáp rất nhạy so với những sai lệch trong các hình dạng khác. Hơn nữa, vấn đề này lại trở nên phức tạp hơn do sự thiếu chính xác trong các dữ liệu hình học do nhà sản xuất cung cấp vì họ chỉ định nghĩa các số đo cơ bản chứ không nhất thiết là các thiết là các số đo đo lường thực tế. Phương trình cơ bản sử dụng để mô tả cho đường dây trên không và cáp cách điện có dạng như sau: Z() R() jL() (1) Y() G() jC() (2) Luận văn gồm các nội dung sau: Chương 1: Tổng quan Chương 2: Mô hình toán học cho cáp ngầm Chương 3: Các phương pháp phân tích quá độ Chương 4: Giới thiệu phần mềm mô phỏng ATP-EMTP Chương 5: Kết quả mô phỏng. Chương 6: Kết luận. HVTH:Trương Thị Họa My vi GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh
8. Luận Văn Thạc Sĩ Tóm tắt ABSTRACT The thesis presented establishes model and simulation method insulation cable of system transient by using ATP-EMTP and MATLAB software. EMTP- type programs include dedicated support routines (cable constants) for calculating an electric representation of cable systems in terms of a series impedance matrix Z and a shunt admittance matrix Y, based on cable data defined by geometry and material properties. SVERAL line models have been implemented in commonly available EMTP-type programs which can accurately represent the frequency dependence of cable systems. All of these models require the same type of input parameters, namely the series impedance matrix Z and the shunt admittance matrix Y. Sufficiently accurate input parameters are, in general, more difficult to obtain for cable systems than for overhead lines as the small geometrical distances make the cable parameters highly sensitive to errors in the specified geometry. In addition, it is not straightforward to represent certain features, such as wire screens, semi conductive screens, armors, and loss insulation materials. The situation is made further complicated by uncertainties in the geometrical data as provided by the manufacturer as they define guaranteed measures, but not necessarily the actual measures. The content of the thesis is divided into six chapters: Chapter 1: Introduction Chapter 2: Establishes model for Insulation cable Chapter 3: Analysis methods in system transient Chapter 4: Introduction ATP-EMTP and MATLAB software. Chapter 5: Simulation and experimental results. Chapter 6: Conclusions. HVTH:Trương Thị Họa My vii GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh
9. Luận văn Thạc sĩ Mục lục MỤC LỤC NỘI DUNG TRANG TRANG TỰA QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI i LÝ LỊCH KHOA HỌC ii LỜI CAM ĐOAN iv LỜI CÁM ƠN v TÓM TẮT vi MỤC LỤC viii DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT xii DANH SÁCH CÁC HÌNH xiii DANH SÁCH CÁC BẢNG xv CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1 1.1 Đặt vấn đề 1 1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3 1.3 Đối tượng và mục đích đề tài 3 1.4 Nhiệm vụ đề tài 3 1.5 Phương pháp nghiên cứu 3 CHƢƠNG 2: MÔ HÌNH TOÁN HỌC CHO CÁP NGẦM 4 2.1 Cấu tạo cơ bản cáp ngầm cao thế cách điện XLPE 4 2.1.1 Các kĩ thuật chôn cáp trực tiếp trong đất 7 2.1.2 Lợi ích của việc sử dụng cáp ngầm cho hệ thống truyền tải cao áp 7 2.2 Mô hình toán học cho cáp ngầm cao thế 9 2.2.1 Cáp 1 lõi 11 2.2.1.a Trở kháng 11 2.2.1.b Hệ số điện áp 15 2.2.2 Cáp đi trong ống 16 2.2.2.a Trở kháng 16 2.2.2.b Hệ số điện áp 19 HVTH:Trƣơng Thị Họa My viii GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh
10. Luận văn Thạc sĩ Mục lục CHƢƠNG 3: CÁC PHƢƠNG PHÁP GIẢI BÀI TOÁN QUÁ ĐỘ 22 3.1 Lý thuyết về quá độ 22 3.2 Quá độ điện từ 23 3.2.1 Sóng quá độ dạng sóng xung 23 3.2.2 Sóng quá độ dạng sóng dao động 19 3.3 Quá độ xảy ra trong thời gian ngắn 25 3.4 Một số hiện tượng quá độ trong hệ thống điện 25 3.4.1 Quá độ khi đóng máy biến áp không tải 25 3.4.2 Quá độ khi đóng trạm tụ bù 27 3.5 Các phương pháp giải quyết bài toán quá độ 28 3.5.1 Phương pháp Bergeron 28 3.5.1.1 Đặc tính cơ sở 29 3.5.1.2 Nguyên tắc 31 3.5.2 Sơ đồ Domel 32 3.5.3 Quy tắc hình thang 32 3.6 Phương pháp giảm thiểu dao động số 32 3.6.1 Khởi tạo điều kiện ban đầu 33 3.6.2 Biến đổi toán học 33 3.6.2.a Biến đổi Laplace trong trạng thái đóng 33 3.6.2.b Phương pháp biến đổi Taylor 35 3.6.2.c Phép tính xấp xỉ số hữu tỉ 35 3.6.2.d Phương pháp biến đổi hình thang phép tích phân 36 3.7 Lý thuyết về ổn định 37 3.7.1 Ổn định tĩnh 37 3.7.1.Ổn định động 38 3.7.1.Ổn định động 38 3.8. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình quá độ của cáp 39 3.8.1.Độ từ thẫm 39 3.8.1.Hằng số điện môi 41 HVTH:Trƣơng Thị Họa My ix GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh
11. Luận văn Thạc sĩ Mục lục CHƢƠNG 4: TỔNG QUAN VỀ PHẦN MỀM EMTP 42 4.1 Giới thiệu chương trình mô phỏng ATP-EMTP 42 4.2 Nguyên tắc, khả năng và các modul của ATP 42 4.2.1 Nguyên tắc chung 42 4.2.2 Khả năng ứng dụng của chương trình 43 4.2.3 Những chương trình tương hỗ với ATP 44 4.2.4 Những môđun mô phỏng tổng hợp trong ATP 45 4.2.5 Cách tạo một file dữ liệu để mô phỏng các mạch điện 47 4.3 Một số ứng dụng quan trọng của ATP 47 4.4 Giới thiệu về ATPDraw 48 4.4.1 Sơ lược về ATPDraw 48 4.4.2 Các tập tin chính và các file hổ trợ trong ATPDraw 48 CHƢƠNG 5: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 50 5.1 Thiết lập mô hình đường dây trong ATP 53 5.2 Khảo sát độ dày của lớp Lead sheath 54 5.2.1 Khảo sát độ dày của lớp Lead sheath khi d=1mm 56 5.2.2 Khảo sát độ dày của lớp Lead sheath khi d=2mm 56 5.2.3 Khảo sát độ dày của lớp Lead sheath khi d=3mm 57 5.2.4 Khảo sát độ dày của lớp Lead sheath trên cùng một đồ thị 57 5.3 Khảo sát độ dày của lớp bán dẫn 58 5.3.1 Khảo sát độ dày của lớp bán dẫn khi εr= 2.5 58 5.3.2 Khảo sát độ dày của lớp bán dẫn khi εr= 2.7 59 5.3.3 Khảo sát độ dày của lớp bán dẫn khi εr= 2.9 59 5.3.4 Khảo sát độ dày của lớp bán dẫn trên cùng một đồ thị 60 5.4 Khảo sát lớp giáp bảo vệ 61 5.4.1 Khảo sát lớp giáp bảo vệ với µ=1 61 5.5.2 Khảo sát lớp giáp bảo vệ với µ=10 61 5.4.3 Khảo sát lớp giáp bảo vệ với µ=100 62 5.4.4 Khảo sát độ dày của lớp giáp bảo vệ trên cùng một đồ thị 62 HVTH:Trƣơng Thị Họa My x GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh
12. Luận văn Thạc sĩ Mục lục CHƢƠNG 6: KẾT LUẬN 65 6.1 Đánh giá kết quả đạt được 65 6.2 Những vấn đề tồn tại của đề tài 65 6.3 Phương hướng phát triển của đề tài 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 PHỤ LỤC 67 HVTH:Trƣơng Thị Họa My xi GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh
13. Luận Văn Thạc Sĩ Danh sách các chữ viết tắt DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT IEEE Institute of Electrical and Electronic Engineering SC Single core PT Pipe type ATP Alternative Transients Programmer EMTP Electro- Magnetic Transients Program TACS Transient Analysis of Control System HVTH:Trương Thị Họa My xii GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh
14. Luận Văn Thạc Sĩ Danh sách các hình DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1: Cấu tạo cơ bản của cáp ngầm cao thế, cách điện XLPE 6 Hình 12: Hình vẽ mặt cắt của cáp XLPE 6 Hình 2.1: Phương trình đường truyền sóng 9 Hình 2.2: Phương trình đườwng truyền sóng dạng vi phân 10 Hình 3.1: Hình vẽ minh họa dạng xung dòng 24 Hình 3.2: Dạng sóng điện áp và dòng điện do đóng trạm tụ 24 Hình 3.3: Đặc tính điện áp và dòng điện (phương pháp Beregon) 29 Hình 3.4: Đồ thị quan hệ giữa điện áp và dòng điện (phương pháp Beregon) 30 Hình 3.5: Phương trình quan hệ giữa điện áp và dòng điện (phương pháp Beregon) 31 Hình 3.6: Mạch điện R-L-C (biến đổi laplace) 33 Hình 3.7: Đáp ứng hệ thống (biến đổi Taylor) 35 Hình 3.8: Phương pháp biến đổi hình thang phép tích phân 36 Hình 4.1: Các phần mềm tương hỗ với ATP-EMTP 44 Hình 4.2: Các tiện ích trong ATP-EMTP 46 Hình 5.1: Mô hình đường dây cáp cao thế 52 Hình 5.2: Mô hình cáp cao thế trong phần mềm ATP 53 Hình 5.3: Bảng thiết lập mô hình mô phỏng 53 Hình 5.4a: Bảng thiết lâp̣ thông số và kết quả mô phỏng của cáp khi độ dày lead sheath=1mm 56 Hình 5.4b: Bảng thiết lập thông số và kết quả mô phỏng của cáp khi độ dày lead sheath=2mm 56 Hình 5.4c: Bảng thiết lập thông số và kết quả mô phỏng của cáp khi độ dày lead sheath=3mm 57 HVTH:Trương Thị Họa My xiii GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh
15. Luận Văn Thạc Sĩ Danh sách các hình Hình 5.4: Kết quả khảo sát theo độ dày lớp Lead Sheath 47 Hình 5.5a: Bảng thiết lập thông số và kết quả mô phỏng độ dày lớp bán dẫn d = 1mm, hằng số điện môi εr = 2.5mm 58 Hình 5.5b: Bảng thiết lập thông số và kết quả mô phỏng độ dày lớp bán dẫn d = 2mm, hằng số điện môi εr = 2.7mm 59 Hình 5.5c: Bảng thiết lập thông số và kết quả mô phỏng độ dày lớp bán dẫn d = 3mm, hằng số điện môi εr = 2.9mm 59 Hình 5.5: Kết quả khảo sát độ dày lớp semiconductor 60 Hình 5.6a: Bảng thiết lập thông số và kết quả mô phỏng lớp giáp bảo vệ với µ=1 61 Hình 5.6b: Bảng thiết lập thông số và kết quả mô phỏng lớp giáp bảo vệ với µ=10 61 Hình 5.6c: Bảng thiết lập thông số và kết quả mô phỏng lớp giáp bảo vệ với µ=100 62 Hình 5.6 Kết quả khảo sát lớp giáp bảo vê ̣ 62 HVTH:Trương Thị Họa My xiv GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh
16. Luận Văn Thạc Sĩ Danh sách các bảng DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 4.1: Khả năng mô phỏng của ATP 47 Bảng 5.1: Hằng số điêṇ môi tương đối tương ứ ng với đô ̣dày lớp bán dâñ 58 HVTH:Trương Thị Họa My xv GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh
17. Luận Văn Thạc Sĩ Chƣơng 1: Tổng quan CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề Ngành công nghiệp điện lực là một trong những ngành công nghiệp cơ sở và quan trọng nhất đối với bất kì quốc gia nào trên thế giới, đặc biệt là những nước nhanh phát triển như nước ta. Trong hệ thống điện nói chung thì hệ thống các đường dây truyền tải các đường dây đóng một vai trò quan trọng. Trước đây các đường dây truyền tải thường là các đường dây trên không với hệ thống cột đỡ từ một mạch ba dây dẫn thậm chí là đến bốn mạch 12 dây dẫn. Trong những năm gần đây cùng với sự phát triển nhanh của đất nước đã hình thành các thành phố lớn, khu dân cư đông đúc với nhiều tòa nhà cao tầng. Do đó, việc xây dựng các đường dây tải điện cao áp bằng hệ thống cáp ngầm đã trở thành một phần tất yếu của các hệ thống điện hiện đại trong các trung tâm thành phố. Bên cạnh đó, chất lượng điện năng cũng đang được quan tâm rất nhiều ở các nước phát triển và đang phát triển. Người tiêu dùng không những yêu cầu được cấp điện liên tục mà còn đòi hỏi nguồn điện đảm bảo chất lượng, không ảnh hưởng tới các thiết bị. Các hiện tượng quá độ xảy ra trên hệ thống điện sẽ gây ra các thay đổi về biên độ, tần số của điện áp nguồn. Các thay đổi này sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng điện năng, làm giảm chất lượng nguồn điện sử dụng, gây ảnh hưởng và làm giảm tuổi thọ thiết bị và gây ra những sự cố lớn trên hệ thống. Vì vậy, việc nghiên cứu quá trình quá độ trong hệ thống điện là rất cần thiết, đặc biệt là đối với cáp điện, giúp cải thiện đáng kể vấn đề chất lượng điện năng, an toàn cho hệ thống cũng như về thiết bị. Các chương trình phân tích và nghiên cứu hệ thống điện được dùng cho việc nghiên cứu quá trình quá độ đều sử dụng các mô hình của các phần tử của hệ thống để mô phỏng nghiên cứu sự vận hành và ảnh hưởng của hệ thống điện cũng như của các phần tử trong suốt thời gian nhiễu loạn. Việc xây dựng các mô hình này đòi hỏi HVTH: Trƣơng Thị Họa My 1 GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh
18. Luận Văn Thạc Sĩ Chƣơng 1: Tổng quan việc tính toán và nghiên cứu xác định các thông số đặc trưng của các phần tử thay đổi trong suốt quá trình quá độ. Quá trình tính toán và xác định các thông số này là vấn đề rất phức tạp vì ngoài các thông số cơ bản có thể xác định được qua các thí nghiệm đơn giản hay được cung cấp bởi nhà sản xuất thì việc xác định các thông số phi tuyến của các phần tử trong hệ thống là vấn đề khó khăn. Việc xác định các thông số phi tuyến của các phần tử trong hệ thống điện sẽ nâng cao độ chính xác trong quá trình mô phỏng, giúp nghiên cứu được rõ ràng và cụ thể hơn sự ảnh hưởng của quá trình quá độ đối với các phần tử trong hệ thống điện. Đối với cáp điện, trong tính toán quá độ, điều quan trọng là phải mô tả một cách chính xác ruột dẫn, lớp cách điện, các lớp bán dẫn và lớp chống nhiễu. Đối với quá độ ở tần số cao cần lưu ý đến tổn thất về nhu cầu cách điện giấy dầu phụ thuộc vào tần số. Ý nghĩa các vật dẫn bên ngoài cáp phụ thuộc vào tác động chống nhiễu của vỏ cáp. Điều này phụ thuộc vào việc thiết kế vỏ cáp và giá trị tần số quá độ. Một vài mô hình đường dây đã được thực hiện trong các chương trình EMTP phổ biến hiện nay vốn có thể mô tả một cách chính xác sự phụ thuộc vào tần số của hệ thống cáp. Tất cả các mô hình này đòi hỏi cùng một loại thông số ngõ vào, cụ thể là ma trận trở kháng nối tiếp Z và ma trận tổng dẫn song song Y. Nhìn chung, đối với các hệ thống cáp, việc có được các thông số ngõ vào đủ mức chính xác thì khó hơn so với hệ thống đường dây trên không, vì khoảng cách hình học nhỏ trong hệ thống cáp làm cho các thông số cáp rất nhạy đối với sai lệch trong dạng hình học đã định. Hơn nữa, vấn đề này lại trở nên phức tạp hơn do sự thiếu chính xác trong các dữ liệu hình học do nhà sản xuất cung cấp vì họ chỉ định nghĩa các số đo cơ bản chứ không nhất thiết là các số đo đo lường thực tế. Chính vì vậy, cần phải “XÂY DỰNG MÔ HÌNH VÀ MÔ PHỎNG CÁP TRONG TRẠNG THÁI QUÁ ĐỘ” để đáp ứng tốt hơn cho việc nghiên cứu quá độ trong hệ thống điện. HVTH: Trƣơng Thị Họa My 2 GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh
19. Luận Văn Thạc Sĩ Chƣơng 1: Tổng quan 1.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Đề tài trình bày phương pháp thành lập mô hình toán học và mô phỏng cáp ngầm cao thế trong trạng thái quá độ. Đề tài có thể được ứng dụng trong các lĩnh vực sau: - Nghiên cứu những phương trình cơ bản để thành lập mô hình toán học cho cáp ngầm - Dựa vào các yếu tố ảnh hưởng để mô phỏng cáp trong trạng thái quá độ - Tài liệu và kết quả nghiên cứu có thể được sử dụng để tham khảo và phục vụ các nghiên cứu ở mức độ cao hơn 1.3 Đối tƣợng và mục đích đề tài - Đối tượng nghiên cứu của đề tài là cáp ngầm cao thế - Mục đích của đề tài là thành lập mô hình toán học để từ đó mô phỏng cáp trong trạng thái quá độ. 1.4 Nhiệm vụ đề tài - Khảo sát cáp ngầm cao thế. - Xây dựng mô hình toán học cho cáp ngầm cao thế. - Phân tích các phương pháp phân tích quá độ. - Mô phỏng cáp cao thế trong trạng thái quá độ bằng phần mềm EMTP - Phân tích kết quả mô phỏng - Kết luận. 1. 5 Phƣơng pháp nghiên cứu - Tham khảo, phân tích, tổng hợp, sử dụng có chọn lọc tài liệu từ các công trình nghiên cứu, các bài báo đã được công bố trên các tạp chí chuyên ngành trong nước và ngoài nước . - Mô phỏng bằng phần mềm. - Phân tích kết quả đạt được. HVTH: Trƣơng Thị Họa My 3 GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh
20. Luận Văn Thạc Sĩ Chƣơng 2: Mô hình toán học cho cáp ngầm cao thế CHƢƠNG 2 MÔ HÌNH TOÁN HỌC CHO CÁP NGẦM CAO THẾ 2.1 Cấu tạo cơ bản của cáp ngầm cao thế với cách điện XLPE Cấu trúc điển hình của cáp XLPE bao gồm những lớp được mô tả theo thứ tự từ trong ra ngoài như sau: 1. Lõi cáp: - Với tiết diện dưới 800mm2, lõi gồm nhiều sợi xoắn đồng tâm - Với tiết diện từ 800mm2 trở lên, lõi gồm nhiều múi, thường là 4 hoặc 5, hoặc 6 múi. Mỗi múi gồm các sợi đồng nhỏ bện xoắn lại. - Phần khe hở giữa các múi được lấp đầy bằng vật liệu chống thấm nước dọc theo chiều dài của cáp. - Tiêu chuẩn áp dụng cho lõi cáp : IEC 60228, độ tinh khiết của đồng là 99,99%. 2. Lớp bán dẫn trong ( màn chắn ruột dẫn): Vật liệu của lớp bán dẫn trong là polyythylene và được ép đùn, có tác dụng làm giảm khả năng gây phóng điện cục bộ do bề mặt lồi lõm của cáp (tạo thành bởi các sợi đồng nhỏ) 3. Lớp cách điện: Được tạo thành bằng phương pháp đùn từ hợp chất XLPE (Cross- linked Polyethylene) –là loại vật liệu cách điện có nhiều đặc điểm nổi bật. Độ dày tối đa của lớp cách điện là 16mm. 4. Lớp bán dẫn ngoài ( màn chắn cách điện): Vật liệu của lớp bán dẫn trong là polyythylene, được ép đùn, có tác dụng làm giảm khả năng ion hóa bề mặt sau lớp cách điện. Lớp bán dẫn trong, lớp cách điện và lớp bán dẫn ngoài được. đùn đồng thời trên một dây chuyền công nghệ và không thể bóc tách được 5. Màn chăn kim loại: HVTH: Trƣơng Thị Họa My 4 GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh
21. Luận Văn Thạc Sĩ Chƣơng 2: Mô hình toán học cho cáp ngầm cao thế Màn chắn kim loại thường là một lớp băng đồng, sợi đồng hoặc cả băng đồng và sợi đồng được quấn bên ngoài lớp bán dẫn tùy theo mục đích sừ dụng. Đối với cáp trung và cao thế thường xảy ra hiện tượng bức xạ điện từ ( phóng xạ), thì màn chăn kim loại sẽ có tác dụng bó từ trường trong phạm vi cáp, không làm ảnh hưởng ra bên ngoài, vì vậy sẽ không xảy ra hiện tượng phóng xạ. 6. Lớp bọc đệm: Thường được làm từ vật liệu PVC và tạo thành bằng phương pháp đùn. 7. Lớp giáp bảo vệ: Thường được làm từ sợi thép, băng thép hay sợi nhôm, băng nhôm tùy theo yêu cầu hệ thống. Được quấn bên ngoài lớp bọc đệm và có tác dụng chống va đập cơ học. 8. Lớp vỏ ngoài: Thường được làm bằng vật liệu PVC hay PE. Có tác dụng bảo vệ cho toàn bộ cáp, bảo vệ lớp vỏ kim loại khỏi bị tác động ăn mòn điện hóa của môi trường. Có thể phủ thêm một lớp chống bền nhiệt để chống cháy khi có sự cố hỏa hoạn xảy ra (thường áp dụng cho các đoạn cáp tiếp xúc với không khí) Hệ thống cáp ngầm hiện nay chủ yếu dung Polyethylen làm vật liệu cách điện. Lớp vỏ cách điện này đã được làm thí nghiệm trong thời gian dài và được kết luận là đảm bảo tính tin cậy cao. Những hệ thống cáp điện dựa trên công nghệ này đã được vận hành hơn hai mươi năm và được ghi lại về độ tin cậy cao. HVTH: Trƣơng Thị Họa My 5 GVHD: PGS.TS Quyền Huy Ánh