Báo cáo nghiên cứu khoa học: THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG HẠN CHẾ DÒNG NGẮN MẠCH KIỂU MÁY BIẾN ÁP

Bài báo trình bày về thiết bị tự động hạn chế dòng điện ngắn mạch trong lưới điện phân phối với cấu trúc cơ bản gồm máy biến áp và tụ điện mắc song song. Các kết quả nhận được cho thấy rằng khi thay đổi quan hệ giữa trở kháng tụ điện và máy biến áp sẽ cho phép đảm bảo bất kỳ mức hạn chế yêu cầu nào đối với dòng ngắn mạch trong lưới điện.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Báo cáo nghiên cứu khoa học: " THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG HẠN CHẾ DÒNG NGẮN MẠCH KIỂU MÁY BIẾN ÁP" TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(26).2008 THIẾT BỊ TỰ ĐỘNG HẠN CHẾ DÒNG NGẮN MẠCH KIỂU MÁY BIẾN ÁP AN AUTOMATIC FAULT CURRENT LIMITING DEVICE OF TRANSFORMER TYPE LÊ THÀNH BẮC Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng TÓM TẮT Bài báo trình bày về thiết bị tự động hạn chế dòng điện ngắn mạch trong lưới điện phân phối với cấu trúc cơ bản gồm máy biến áp và tụ điện mắc song song. Các kết quả nhận được cho thấy rằng khi thay đổi quan hệ giữa trở kháng tụ điện và máy biến áp sẽ cho phép đảm bảo bất kỳ mức hạn chế yêu cầu nào đối với dòng ngắn mạch trong lưới điện. ABSTRACT This paper presents an automatic fault current limiting device for power distribution systems. Basic components of the device are a transformer connected in parallel with a capacitor. The study results show that when the ratio of transformer impedance and capacitive impedance is changing, it will allow for limiting any fault current in the power system. 1. Đặt vấn đề Sự phát triển nhanh chóng của hệ thống tiêu thu năng lượng điện ở nước ta hiện nay đã và đang dẫn đến làm tăng công suất ngắn mạch trong lưới phân phối và làm xấu thêm điều kiện làm việc của các thiết bị điện trong chế độ sự cố (tăng đáng kể dòng đến máy ngắt và máy biến áp lực). Điều đó đưa đến các yêu cầu cao hơn trong quan hệ điện - động lực học cũng như đối với độ bền nhiệt của mỗi phần tử thiết bị điện trong hệ thống năng lượng. Đồng thời nó cũng dẫn đến yêu cầu tăng độ tin cậy đối với các phương pháp chuyển mạch của các thiết bị điện đóng cắt. Theo dự báo ở Việt Nam trong các lưới phân phối cấp 22 kV thì đầu ra ở nhiều trạm biến áp 110/22 kV dòng điện ngắn mạch xác lập trong hệ thống sau trạm có thể tăng hơn đáng kể so với giá trị dòng cắt định mức của máy ngắt và dòng điện ngắn mạch tính toán của các máy biến áp lực. Nhằm để hạn chế dòng điện ngắn mạch trong các trường hợp sự cố, hiện nay trên thế giới đang sử dụng một số phương pháp khác nhau để giải quyết nhiệm vụ này gồm: 1) Nâng cấp các thiết bị đóng cắt hiện tại hoặc nâng cấp điện áp lưới; 2) Thay đổi cấu trúc lưới như: tách lưới, tách thanh cái hay áp dụng các biện pháp cắt liên động [2], hai phương án này đều đưa đến việc thay thế nhiều thiết bị hoặc phải xây dựng thêm một số đường dây truyền tải để tăng độ đảm bảo đối với mỗi máy phát; 3) Sử dụng thiết bị 10 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(26).2008 tự động hạn chế dòng điện ngắn mạch với vật liệu siêu dẫn [ 3], loại này thiết bị có cấu trúc là các vật liệu siêu dẫn khi đạt tới giá trị xác định của dòng ngắn mạch sẽ dẫn đến trạng thái tăng nhanh tổng trở thiết bị so với trạng thái dòng định mức (cần có thiết bị làm lạnh kèm theo); 4) Sử dụng thiết bị hạn chế dòng điện ngắn mạch có dạng van bán dẫn kết hợp với điện kháng; 5) Chế tạo và sử dụng các thiết bị chuyển mạch công suất kiểu mới tác động cực nhanh. Trong các phương án thiết bị vừa nêu đều có chung một số nhược điểm là: sơ đồ điều khiển phức tạp, giá thành cao, độ tin cậy thấp. Bài báo này đưa ra một cấu trúc mới của thiết bị tự động hạn chế dòng (HCD) với thành phần cơ bản là máy biến áp (BA). Cuộn dây sơ cấp của máy biến áp được nối vào đường dây song song với tụ điện và cuộn dây thứ cấp nối tới một công tắc phóng điện (xem hình.1). С BA CT Hình 1. Sơ đồ một pha nối bộ hạn chế dòng vào đường dây. Trong chế độ làm việc định mức của đường dây (lưới phân phối) cuộn dây thứ cấp của biến áp hở mạch nên không tồn tại dòng điện, bởi vậy từ thông toàn bộ sẽ mắc vòng trong mạch dẫn từ và đồng thời mắc vòng qua toàn bộ các cuộn dây [1]. Lúc này dòng điện trong cuộn dây lưới là rất nhỏ và trở kháng của biến áp lúc này rất lớn (trở kháng của máy biến áp không tải). Dòng điện qua tụ điện lớn hơn nhiều lần dòng điện qua cuộn dây sơ cấp của biến áp, giá trị này xác định dòng điện qua bộ HCD. Tụ điện ở đây được lựa chọn với điều kiện, khi mà dòng điện trên đường dây định mức thì sụt điện áp trên bộ HCD bằng khoảng 5% giá trị điện áp pha định mức của đường dây. 2. Nguyên lý tác động của bộ HCD Ngắn mạch cuộn dây thứ cấp của biến áp BA khi xảy ra ngắn mạch trong lưới điện (do công tắc chân không CT phóng điện) dẫn đến tăng từ thông bị đẩy ra từ trụ giữa vào vùng khoảng cách giữa các cuộn dây [1]. Lúc này trở kháng của biến áp tự động giảm nhanh (giảm khoảng 2 lần so với giá trị khi làm việc bình thường) và trở nên ngang bằng với trở kháng của tụ điện. Khi nối song song biến áp với tụ điện (xem hình.2) điều này dẫn đến tăng rất nhanh trở kháng của bộ HCD. 11 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 3(26).2008 С LBA Hình.2. Sơ đồ thay thế bộ HCD khi xảy ra ngắn mạch trong lưới điện Thật vậy, lúc này trở kháng của HCD được xác định theo quan hệ: X X 1 X HCD  С BA  (1) 1 X С -X BA  ωС ω  L BA Ở đây X С và С - trở kháng và điện dung tụ điện của bộ HCD; XBA và L BA - trở kháng và điện cảm danh định máy biến áp BA của bộ HCD; ω -tần số góc của dòng điện áp lưới. Từ biểu thức (1) ta thấy rằng khi thay đổi quan hệ giữa trở kháng cảm của máy biến áp BA với trở kháng dung của tụ điện thì có thể nhận ...