PHÂN BAN B2. Truyền tải và phân phối điện

MÔ PHỎNG VÀ PHÂN TÍCH CÁC QUÁ TRÌNH QUÁ ĐỘ
XẢY RA KHI THAO TÁC ĐÓNG CẮT BỘ TỤ BÙ
Ở TBA 110 kV SỬ DỤNG PHẦN MỀM ATP
Phan Xuân Tưởng
Trường Cao đẳng Điện lực miền Trung
Tóm tắt: Mô phỏng và phân tích các hiện tượng của quá trình quá độ khi thao tác
đóng cắt bộ tụ điện bù tĩnh trong lưới điện là một khía cạnh trong công tác thiết kế,
lắp đặt vận hành bộ tụ bù. Các hiện tượng này có thể 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
khiển và ảnh hưởng đến chất lượng điện năng cung cấp cho khách hàng. Dựa vào các
kết quả mô phỏng từ phần mềm ATP để 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 cắt bộ tụ bù tại trạm biến áp 110 kV sử dụng phần mềm ATP để
mô phỏng bao gồm: mô phỏng các quá trình quá độ xảy ra khi đóng cắt trạm tụ độc
lập, đóng cắt trạm tụ song song 1. Ngoài ra còn mô phỏng hiện tượng phóng điện
trước của máy cắt khi đóng bộ tụ và hiện tượng phóng điện trở lại của máy cắt khi cắt
bộ tụ.
1. ĐẶT VẤN ĐỀ 1, 2, 3, 4
Khi một bộ tụ điện được đóng vào lưới điện, một dòng điện xung kích sẽ chạy vào bên trong bộ
tụ để cân bằng điện áp của lưới điện và điện áp trên bộ tụ. Dòng điện xung kích có thể có tần số
dao động và biên độ rất lớn. Hiện tượng quá điện áp có thể xảy ra và gây hỏng cách điện cho bộ
tụ, làm cho bảo vệ tác động sai lệch, ảnh hưởng đến việc cung cấp điện và chất lượng điện năng.
Các hiện tượng quá độ này cần được nghiên cứu khảo sát bằng phần mềm chuyên dụng ATP.
2.GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ
2.1. Mô phỏng đóng điện trạm tụ bù độc lập
2.1.1. Các số liệu cần mô phỏng
Giả sử có bộ tụ bù cao áp dung lượng 50 Mvar, được đóng vào thanh góp có biểu thức điện áp:


Lng = 17,2 mH
Cảm kháng của nguồn:

X Lng  Lng .  17,2.10 3.314  5,4
Điện trở của nguồn:
ng

=1

Biên độ điện áp nguồn tại thanh góp:

U m  115kV
Các số liệu tính toán:
Dòng điện xác lập qua bộ tụ C1:

I xlC1 

Um

z

  arctg

Um
R  ( X Lng  X C1 ) 2
2
ng

 440 A


2.1.2. Sơ đồ mô phỏng

Hình 1. Sơ đồ mô phỏng dạng ATP khi đóng bộ tụ độc lập
2.1.3. Kết quả mô phỏng

a. Điện áp nguồn tại thanh góp và điện áp quá độ của bộ tụ C1 khi đóng MC1 tại thời
điểm 5 ms

Điện áp quá độ của bộ tụ C1

Điện áp tại TG

b. Dòng điện xung kích qua bộ tụ khi đóng MC1 tại thời điểm 5 ms

3


HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2014

2.1.4. Nhận xét kết quả mô phỏng
Khi bộ tụ điện được đóng độc lập vào lưới điện tại thời điểm mà điện áp tức thời của nguồn tại
thanh góp và điện áp trên bộ tụ cùng biên độ nhưng ngược pha, lúc đó điện áp đỉnh của bộ tụ
tăng lên 2,86 lần so với biên độ điện áp nguồn tại thanh góp và dòng điện xung kích đỉnh qua bộ
tụ tăng lên khoảng 13 lần so với dòng xác lập qua bộ tụ. Cụ thể là điện áp đỉnh đặt vào bộ tụ C1
là 329 kV, còn dòng điện xung kích đỉnh chạy qua bộ tụ C1 là 6024 A.
2.2. Mô phỏng đóng điện trạm tụ bù song song
2.2.1. Các số liệu cần mô phỏng
Giả sử có bộ tụ bù cao áp C1 đang làm việc, dung lượng 50 Mvar, bộ tụ bù C2 được đóng vào
làm việc song song với bộ tụ C1 tại thanh góp có biên độ điện áp 115 kV. Điện áp định mức bộ
tụ là 115 kV, tần số nguồn 50Hz.

I xkC 2  U m .

CT
C1  C 2
 Um
 3983,72 A
Lnt
Lnt

2.2.2. Sơ đồ mô phỏng

Hình 2. Sơ đồ mô phỏng dạng ATP khi đóng bộ tụ song song
2.3. Kết quả mô phỏng
2.3.1. Điện áp nguồn tại thanh góp và điện áp quá độ của bộ tụ C2 khi đóng MC2
tại thời điểm 5 ms
Điện áp quá độ của bộ tụ C2

Điện áp tại TG

2.3.2. Dòng điện xung kích qua bộ tụ C2 khi đóng MC2 tại thời điểm 5 ms

5


HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2014

2.3.3. Điện áp quá độ của bộ tụ C1 và điện áp quá độ của bộ tụ C2 khi đóng MC2
tại thời điểm 5 ms

Điện áp quá

t1 = 5 ms: Thời điểm đóng máy cắt bộ tụ bù
t2 = 6 ms: Thời điểm xảy ra phóng điện hồ quang
t3 = 15 ms: Thời điểm hai tiếp điểm chính của máy cắt tiếp xúc nhau.

3.3. Sơ đồ mô phỏng

Hình 3. Sơ đồ mô phỏng ATP với hiện tượng phóng điện trước
3.4. Kết quả mô phỏng
3.4.1. Điện áp nguồn tại thanh góp và điện áp quá độ của bộ tụ khi đóng bộ tụ bù

7


HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2014

Điện áp
nguồn tại TG

Điện áp quá độ của bộ tụ C1

3.4.2. Dòng điện xung kích qua bộ tụ khi đóng bộ tụ bù

3.4.3. Điện áp giữa hai đầu cực máy cắt tại thời điểm xảy ra phóng điện hồ quang

8


PHÂN BAN B2. Truyền tải và phân phối điện
3.5. Nhận xét kết quả mô phỏng
Qua kết quả mô phỏng cho thấy, khi máy cắt đóng điện trạm tụ bù, hiện tượng phóng điện trước


4.4.2. Dòng điện xung kích qua bộ tụ khi cắt bộ tụ bù

4.4.3. Điện áp giữa hai đầu cực máy cắt

4.5. Nhận xét kết quả mô phỏng
Qua kết quả mô phỏng cho thấy, khi máy cắt cắt bộ tụ đang làm việc ra khỏi lưới, hiện tượng
phóng điện trở lại làm cho quá điện áp của bộ tụ tăng lên gấp 2,9 lần và dòng điện xung kích
qua bộ tụ tăng gấp 13 lần so với biên độ điện áp và dòng điện ở chế độ xác lập của tụ. Điện áp

10


PHÂN BAN B2. Truyền tải và phân phối điện
giữa hai đầu cực máy cắt cũng tăng lên rất lớn (khoảng 7 lần) so với biên độ điện áp nguồn tại
thanh góp. Cụ thể điện áp đỉnh của bộ tụ C1 là 331,79 kV, dòng điện xung kích đỉnh qua bộ tụ
C1 là 5974 A. Điện áp giữa hai tiếp điểm chính của máy cắt là 821,7 kV.
5. KẾT LUẬN


Khi bộ tụ điện được đóng độc lập vào lưới điện tại thời điểm mà điện áp tức thời của nguồn
tại thanh góp và điện áp trên bộ tụ cùng biên độ nhưng ngược pha, lúc đó điện áp đỉnh của
bộ tụ tăng lên 2,86 lần so với biên độ điện áp nguồn tại thanh góp và dòng điện xung kích
đỉnh qua bộ tụ tăng lên khoảng 13 lần so với dòng xác lập qua bộ tụ. Đây là trường hợp nguy
hiểm nhất. Cho nên không được đóng bộ tụ vào lưới trong trường hợp này;

 Khi đóng thêm một bộ tụ vào làm việc song song với một bộ tụ đang làm việc thì điện áp
đỉnh của bộ tụ mới có trị số lớn hơn điện áp đỉnh của bộ tụ đang làm việc (tăng 1,14 lần)
và dòng điện xung kích đỉnh của bộ tụ mới cũng tăng lên 1,42 lần so với dòng xung kích
đỉnh qua bộ tụ đang làm việc. Điều này được giải thích là do phóng điện từ bộ tụ đang

Govind Gopakumar, Huihua Yan “Shunt Capacitor Bank Switching Transients, A Tutorial
and Case Study ”.

[5]

László Prikler, Hans Kristian Høidalen, “Users' Manual ATPDRAW”, Version 5.0p7 for
Windows 9x/NT/2000/XP, Norway.

11


HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2014

12


13