Luận văn thạc sĩ nghiên cứu tính toán giảm quá điện áp bằng phương pháp sử dụng svc cho trạm biến áp 220kv quy nhơn bình định

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu tính toán giảm quá điện áp bằng SVC cho trạm biến áp 220kV Quy Nhơn, Bình Định, ứng dụng hiệu quả trong hệ thống điện.

• Tác giả: Trần Hữu Huy
• Người hướng dẫn: GS. Nguyễn Hồng Anh
• Trường học: Đại học Quy Nhơn
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
• Đề tài: Nghiên cứu, tính toán giảm quá điện áp bằng phương pháp sử dụng SVC cho Trạm biến áp 220kV Quy Nhơn – Bình Định
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Bình Định

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỞ ĐẦU
• 0.1. Lý do chọn đề tài
• 0.2. Mục đích nghiên cứu
• 0.3. Đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu
• 0.4. Ý nghĩa của đề tài
• 0.5. Bố cục của đề tài
• 1. CHƯƠNG 1: HIỆN TƯỢNG QUÁ ĐIỆN ÁP VÀ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRÊN HỆ THỐNG ĐIỆN
• 1.1. Khảo sát về quá điện áp trong hệ thống điện
• 1.2. Quá điện áp khí quyển do sét
• 1.3. Quá điện áp do hiệu ứng Ferranti
• 1.4. Quá điện áp do các thao tác vận hành trong hệ thống điện
• 1.5. Quá điện áp cộng hưởng dao động tần số thấp
• 1.6. Cân bằng công suất phản kháng trên hệ thống điện
• 2. CHƯƠNG 2: THIẾT BỊ BÙ TĨNH (SVC)
• 2.1. Khái niệm chung về các thiết bị giảm quá áp hệ thống
• 2.2. Yêu cầu để điện áp ổn định
• 2.3. Lựa chọn thiết bị bù
• 2.4. Các giải pháp giảm quá điện áp hệ thống
• 2.4.1. Tụ điện bù dọc
• 2.4.2. Trở kháng bù ngang
• 2.4.3. Tụ điện bù ngang tĩnh
• 2.4.4. Tụ điện bù ngang có thể điều khiển (SVC, STATCOM)
• 2.5. Thiết bị bù tĩnh SVC
• 2.5.1. Nguyên lý làm việc
• 2.5.2. Đặc tuyến tĩnh của SVC
• 2.5.3. Đặc tính điều chỉnh của SVC
• 2.5.4. Đặc tính làm việc của SVC
• 2.5.5. Dung lượng của SVC
• 3. CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT HỆ THỐNG ĐIỆN TRẠM BIẾN ÁP 220KV QUY NHƠN
• 3.1. Khảo sát Trạm biến áp 220kV Quy Nhơn
• 3.2. Thực trạng vận hành tại Trạm biến áp 220kV Quy Nhơn
• 3.3. Hiện tượng quá điện áp lưới điện đấu nối vào TBA 220kV Quy Nhơn
• 3.4. Phân tích và đánh giá
• 3.5. Tính toán công suất phản kháng tại TBA 220kV Quy Nhơn
• 4. CHƯƠNG 4: SỬ DỤNG SVC ĐỂ GIẢM QUÁ ĐIỆN ÁP TẠI TRẠM BIẾN ÁP 220KV QUY NHƠN
• 4.1. Hiện tượng thay đổi điện áp tại TBA220kV Quy Nhơn
• 4.2. Một số giải pháp để giảm quá điện áp cho TBA220kV Quy Nhơn
• 4.2.1. Một số giải pháp tạm thời
• 4.2.2. Dùng tụ bù tĩnh SVC
• 4.3. Sơ đồ mạch điện của trạm TBA 220kV Quy Nhơn
• 4.4. Mô hình hóa và mô phỏng hệ thống trên phần mềm Matlab/Simulink
• 4.5. Trường hợp lắp đặt SVC phía cao áp 220kV của trạm biến áp 220kV Quy Nhơn
• 4.6. Trường hợp lắp đặt SVC phía hạ áp 110kV của trạm biến áp 220kV Quy Nhơn
• 4.7. Nhận xét chung
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giảm quá điện áp

Giảm quá điện áp là một vấn đề quan trọng trong hệ thống điện, đặc biệt là tại trạm biến áp 220kV Quy Nhơn Bình Định. Hiện tượng này xảy ra khi hệ thống hoạt động ở chế độ phụ tải thấp, dẫn đến sự gia tăng công suất phản kháng và gây ra quá điện áp. Nghiên cứu này tập trung vào việc sử dụng SVC (Static Var Compensator) để giảm thiểu hiện tượng này, đảm bảo sự ổn định và an toàn của hệ thống điện.

1.1. Nguyên nhân quá điện áp

Quá điện áp có thể xuất phát từ nhiều nguyên nhân như sét đánh, hiệu ứng Ferranti, và các thao tác vận hành trong hệ thống điện. Hiệu ứng Ferranti là một nguyên nhân phổ biến, đặc biệt khi hệ thống hoạt động ở chế độ không tải hoặc tải nhỏ, dẫn đến sự gia tăng điện áp trên đường dây. Nghiên cứu này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc kiểm soát công suất phản kháng để giảm thiểu quá điện áp.

1.2. Giải pháp giảm quá điện áp

Một trong những giải pháp hiệu quả để giảm quá điện áp là sử dụng SVC. Thiết bị này giúp cân bằng công suất phản kháng trong hệ thống, đặc biệt là trong các trường hợp phụ tải thấp. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc lắp đặt SVC tại trạm biến áp 220kV Quy Nhơn có thể giảm đáng kể hiện tượng quá điện áp, đồng thời tăng cường độ ổn định của hệ thống điện.

II. SVC và ứng dụng

SVC (Static Var Compensator) là một thiết bị bù công suất phản kháng tĩnh, được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điện cao áp. Nghiên cứu này tập trung vào việc ứng dụng SVC tại trạm biến áp 220kV Quy Nhơn để giảm quá điện áp và cải thiện hiệu suất truyền tải điện.

2.1. Nguyên lý hoạt động của SVC

SVC hoạt động dựa trên nguyên lý điều chỉnh công suất phản kháng thông qua việc sử dụng các tụ điện và cuộn kháng điều khiển bằng thyristor. Thiết bị này có khả năng phản ứng nhanh với các thay đổi trong hệ thống điện, giúp duy trì điện áp ổn định và giảm thiểu quá điện áp.

2.2. Lợi ích của SVC

Việc sử dụng SVC mang lại nhiều lợi ích, bao gồm tăng khả năng truyền tải công suất, giảm tổn thất điện năng, và cải thiện độ ổn định của hệ thống điện. Nghiên cứu đã chứng minh rằng việc lắp đặt SVC tại trạm biến áp 220kV Quy Nhơn có thể giảm đáng kể hiện tượng quá điện áp, đặc biệt trong các chế độ vận hành phụ tải thấp.

III. Trạm biến áp 220kV Quy Nhơn Bình Định

Trạm biến áp 220kV Quy Nhơn Bình Định là một phần quan trọng của hệ thống điện quốc gia, cung cấp điện cho khu vực tỉnh Bình Định. Nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích hiện tượng quá điện áp tại trạm và đề xuất các giải pháp để cải thiện chất lượng điện năng.

3.1. Hiện trạng vận hành

Trong quá trình vận hành, trạm biến áp 220kV Quy Nhơn thường xuyên gặp phải hiện tượng quá điện áp, đặc biệt là ở phía thanh cái 220kV và 110kV. Điều này ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng điện năng và độ tin cậy của hệ thống. Nghiên cứu đã tiến hành khảo sát và phân tích các nguyên nhân gây ra hiện tượng này.

3.2. Giải pháp cải thiện

Một trong những giải pháp được đề xuất là lắp đặt SVC tại trạm biến áp. Nghiên cứu đã mô phỏng hệ thống điện với SVC và chỉ ra rằng thiết bị này có thể giảm đáng kể hiện tượng quá điện áp, đồng thời cải thiện độ ổn định và hiệu suất truyền tải điện.

IV. Nghiên cứu điện áp và hệ thống điện

Nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích và đánh giá chất lượng điện áp trong hệ thống điện, đặc biệt là tại trạm biến áp 220kV Quy Nhơn Bình Định. Các giải pháp được đề xuất nhằm đảm bảo sự ổn định và an toàn của hệ thống điện.

4.1. Phân tích điện áp

Nghiên cứu đã tiến hành phân tích điện áp tại các nút trong hệ thống điện, đặc biệt là tại trạm biến áp 220kV Quy Nhơn. Kết quả cho thấy hiện tượng quá điện áp thường xuyên xảy ra, đặc biệt trong các chế độ vận hành phụ tải thấp. Điều này ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng điện năng và độ tin cậy của hệ thống.

4.2. Giải pháp quản lý điện áp

Một trong những giải pháp được đề xuất là sử dụng SVC để quản lý và điều chỉnh điện áp trong hệ thống. Nghiên cứu đã chứng minh rằng việc lắp đặt SVC có thể giảm đáng kể hiện tượng quá điện áp, đồng thời cải thiện độ ổn định và hiệu suất truyền tải điện.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển kinh tế - xã hội hiện nay, điện năng đóng vai trò thiết yếu, góp phần thúc đẩy sự phát triển bền vững của đất nước. Tuy nhiên, trong quá trình truyền tải điện năng từ nguồn đến nơi tiêu thụ, hệ thống điện phải đối mặt với nhiều thách thức, trong đó có hiện tượng quá điện áp gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng điện áp và độ tin cậy của hệ thống. Tại Trạm biến áp 220kV Quy Nhơn, tỉnh Bình Định, hiện tượng điện áp tăng cao vượt mức quy định đã được ghi nhận thường xuyên trong các năm gần đây, làm giảm tuổi thọ thiết bị và ảnh hưởng đến hiệu quả vận hành. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là khảo sát, tính toán và đề xuất giải pháp giảm quá điện áp bằng phương pháp sử dụng bộ bù công suất phản kháng tĩnh (SVC) nhằm ổn định điện áp tại trạm biến áp này. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào hệ thống điện tại Trạm biến áp 220kV Quy Nhơn trong giai đoạn từ năm 2015 đến 2018, dựa trên số liệu vận hành thực tế và mô phỏng trên phần mềm Matlab/Simulink. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao chất lượng điện áp, tăng khả năng truyền tải công suất, giảm tổn thất điện năng và đảm bảo độ ổn định của hệ thống điện khu vực Bình Định, góp phần phát triển hạ tầng điện năng bền vững.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai khung lý thuyết chính: hiện tượng quá điện áp trong hệ thống điện và nguyên lý hoạt động của thiết bị bù công suất phản kháng tĩnh SVC. Hiện tượng quá điện áp được phân tích qua các dạng như quá điện áp khí quyển do sét, hiệu ứng Ferranti, quá điện áp do thao tác vận hành và cộng hưởng dao động tần số thấp. Các khái niệm trọng tâm bao gồm công suất phản kháng, cân bằng công suất phản kháng trên các lưới điện 500kV, 220kV và 110kV, cũng như các nguyên nhân gây mất cân bằng dẫn đến quá điện áp. Về thiết bị bù, SVC được nghiên cứu với cấu tạo gồm cuộn kháng điều khiển thyristor (TCR), cuộn kháng đóng cắt (TSR) và tụ điện đóng cắt (TSC), cùng nguyên lý điều khiển điện áp thông qua thay đổi góc kích thyristor. Các đặc tính điều chỉnh, đặc tính làm việc và dung lượng của SVC cũng được phân tích chi tiết nhằm phục vụ cho việc mô phỏng và tính toán lắp đặt.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ số liệu vận hành thực tế tại Trạm biến áp 220kV Quy Nhơn trong các năm 2015 và 2016, bao gồm điện áp các nút, công suất phản kháng sinh ra từ các đường dây và thiết bị bù hiện có. Phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa khảo sát thực trạng, phân tích lý thuyết và mô phỏng hệ thống điện trên phần mềm Matlab/Simulink. Cỡ mẫu nghiên cứu là toàn bộ hệ thống điện tại trạm biến áp với các thông số kỹ thuật chi tiết của các máy biến áp, đường dây và thiết bị bù. Phương pháp phân tích bao gồm tính toán cân bằng công suất phản kháng, mô phỏng điện áp tại các nút trong các chế độ vận hành khác nhau (non tải, phụ tải cực tiểu, phụ tải cực đại) và đánh giá hiệu quả của việc lắp đặt SVC tại các vị trí khác nhau (phía cao áp 220kV và phía hạ áp 110kV). Timeline nghiên cứu kéo dài từ năm 2017 đến 2019, bao gồm giai đoạn thu thập số liệu, phân tích lý thuyết, mô phỏng và đề xuất giải pháp.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiện tượng quá điện áp tại Trạm biến áp 220kV Quy Nhơn: Số liệu đo đạc cho thấy điện áp tại thanh cái 220kV và 110kV thường xuyên vượt quá giới hạn cho phép ±10%, đặc biệt trong chế độ non tải và phụ tải cực tiểu. Điện áp cực đại tại thanh cái 220kV trong năm 2015 và 2016 có thể vượt mức 1.1 pu, gây nguy cơ hư hỏng thiết bị.

2. Cân bằng công suất phản kháng chưa hiệu quả: Tính toán sơ bộ cho thấy lượng công suất phản kháng dư thừa trong hệ thống khoảng 3865 MVAr năm 2020 và dự kiến tăng lên 5047 MVAr năm 2025, chủ yếu do công suất phản kháng sinh ra từ các đường dây tải điện 500kV và 220kV. Tại trạm Quy Nhơn, công suất phản kháng sinh ra từ các đường dây 220kV và 110kV là rất lớn, trong khi công suất phản kháng tiêu thụ chưa đủ, dẫn đến hiện tượng quá điện áp.

3. Hiệu quả của việc lắp đặt SVC: Mô phỏng trên Matlab/Simulink cho thấy khi lắp đặt SVC phía cao áp 220kV với công suất bù 25 MVAr, điện áp tại các nút được duy trì ổn định trong khoảng 0.95 - 1.05 pu, giảm đáng kể hiện tượng quá điện áp so với trường hợp không có SVC. Tương tự, lắp đặt SVC phía hạ áp 110kV cũng cải thiện điện áp nhưng hiệu quả thấp hơn so với phía cao áp.

4. Tăng khả năng truyền tải và ổn định hệ thống: Việc sử dụng SVC tại trung điểm đường dây giúp nâng công suất truyền tải lên gấp đôi so với không có bù, đồng thời nâng cao giới hạn ổn định điện áp và khả năng dập tắt dao động công suất, góp phần tăng độ ổn định động của hệ thống.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của hiện tượng quá điện áp tại Trạm biến áp 220kV Quy Nhơn là do mất cân bằng công suất phản kháng, đặc biệt trong các chế độ phụ tải thấp khi công suất phản kháng sinh ra từ điện dung ký sinh trên đường dây vượt quá nhu cầu tiêu thụ. Kết quả mô phỏng cho thấy SVC là giải pháp hiệu quả để điều chỉnh công suất phản kháng, từ đó ổn định điện áp. So sánh với các nghiên cứu trong ngành, việc sử dụng SVC đã được chứng minh là phương pháp ưu việt trong việc giảm quá điện áp và nâng cao khả năng truyền tải. Biểu đồ điện áp tại các nút trước và sau khi lắp đặt SVC minh họa rõ ràng sự cải thiện về chất lượng điện áp. Ngoài ra, việc đặt SVC phía cao áp 220kV được đánh giá là tối ưu hơn so với phía hạ áp 110kV do khả năng điều chỉnh công suất phản kháng lớn hơn và ảnh hưởng trực tiếp đến điện áp thanh cái chính. Kết quả này có ý nghĩa thực tiễn quan trọng trong việc thiết kế và vận hành hệ thống điện khu vực Bình Định, góp phần giảm tổn thất điện năng và tăng độ tin cậy cung cấp điện.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Lắp đặt bộ bù công suất phản kháng tĩnh SVC tại vị trí cao áp 220kV của Trạm biến áp Quy Nhơn nhằm giảm hiện tượng quá điện áp, duy trì điện áp trong giới hạn cho phép ±10%. Thời gian thực hiện đề xuất trong vòng 1-2 năm, do Tổng công ty Truyền tải điện Quốc gia chủ trì.

2. Tăng cường giám sát và điều khiển điện áp qua hệ thống SCADA để điều chỉnh linh hoạt công suất phản kháng của SVC theo các chế độ vận hành khác nhau, đảm bảo ổn định điện áp liên tục. Thời gian triển khai trong 6 tháng, phối hợp giữa đơn vị vận hành và nhà cung cấp thiết bị.

3. Nâng cấp hệ thống tụ bù ngang tại các nút 110kV nhằm bổ sung công suất phản kháng tiêu thụ, giảm áp lực quá điện áp trong các chế độ phụ tải thấp. Thời gian thực hiện 1 năm, do các công ty điện lực địa phương đảm nhận.

4. Đào tạo và nâng cao năng lực cho cán bộ vận hành về công nghệ SVC và quản lý công suất phản kháng, giúp tối ưu hóa hiệu quả vận hành thiết bị và hệ thống điện. Thời gian đào tạo định kỳ hàng năm, do Trường Đại học Quy Nhơn phối hợp tổ chức.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Kỹ sư và chuyên gia vận hành hệ thống điện: Nghiên cứu cung cấp kiến thức chuyên sâu về hiện tượng quá điện áp và giải pháp bù công suất phản kháng, giúp cải thiện chất lượng điện áp và độ ổn định hệ thống.

2. Nhà quản lý và hoạch định chính sách ngành điện: Thông tin về hiệu quả kinh tế kỹ thuật của việc lắp đặt SVC hỗ trợ trong việc ra quyết định đầu tư và phát triển hạ tầng điện.

3. Giảng viên và sinh viên ngành kỹ thuật điện: Tài liệu tham khảo thực tiễn kết hợp lý thuyết và mô phỏng, phục vụ cho việc giảng dạy và nghiên cứu chuyên sâu về điều khiển điện áp và thiết bị FACTS.

4. Nhà cung cấp và thiết kế thiết bị điện: Cung cấp cơ sở dữ liệu và phân tích kỹ thuật để phát triển các giải pháp thiết bị bù công suất phản kháng phù hợp với điều kiện vận hành thực tế tại Việt Nam.

Câu hỏi thường gặp

1. SVC là gì và tại sao lại quan trọng trong hệ thống điện?
   SVC (Static Var Compensator) là thiết bị bù công suất phản kháng tĩnh, giúp điều chỉnh điện áp nhanh chóng và ổn định trong hệ thống điện. Nó quan trọng vì giảm hiện tượng quá điện áp, nâng cao khả năng truyền tải và ổn định hệ thống, đặc biệt trong các chế độ phụ tải thấp.

2. Hiện tượng quá điện áp tại trạm biến áp 220kV Quy Nhơn do nguyên nhân nào?
   Nguyên nhân chủ yếu là do mất cân bằng công suất phản kháng, khi công suất phản kháng sinh ra từ điện dung ký sinh trên đường dây vượt quá nhu cầu tiêu thụ, đặc biệt trong chế độ non tải hoặc phụ tải cực tiểu.

3. Lắp đặt SVC tại vị trí nào là hiệu quả nhất?
   Mô phỏng cho thấy lắp đặt SVC phía cao áp 220kV hiệu quả hơn so với phía hạ áp 110kV, vì có khả năng điều chỉnh công suất phản kháng lớn hơn và ảnh hưởng trực tiếp đến điện áp thanh cái chính.

4. Phần mềm nào được sử dụng để mô phỏng hệ thống điện trong nghiên cứu?
   Phần mềm Matlab/Simulink được sử dụng để mô phỏng hệ thống điện, đánh giá hiệu quả của việc lắp đặt SVC và phân tích chất lượng điện áp tại các nút trong các chế độ vận hành khác nhau.

5. Giải pháp nào được đề xuất để giảm hiện tượng quá điện áp ngoài việc lắp đặt SVC?
   Ngoài SVC, nghiên cứu đề xuất tăng cường giám sát điện áp qua SCADA, nâng cấp tụ bù ngang tại các nút 110kV và đào tạo cán bộ vận hành để tối ưu hóa hiệu quả vận hành hệ thống điện.

Kết luận

• Hiện tượng quá điện áp tại Trạm biến áp 220kV Quy Nhơn là vấn đề nghiêm trọng, ảnh hưởng đến chất lượng điện áp và độ tin cậy hệ thống.
• Mất cân bằng công suất phản kháng là nguyên nhân chính gây ra hiện tượng này, đặc biệt trong các chế độ phụ tải thấp.
• Việc lắp đặt bộ bù công suất phản kháng tĩnh SVC tại vị trí cao áp 220kV giúp giảm đáng kể quá điện áp, nâng cao khả năng truyền tải và ổn định hệ thống.
• Nghiên cứu đã mô phỏng và đánh giá hiệu quả của SVC bằng phần mềm Matlab/Simulink dựa trên số liệu thực tế, cung cấp cơ sở khoa học cho việc ứng dụng thực tiễn.
• Đề xuất các giải pháp kỹ thuật và quản lý nhằm đảm bảo chất lượng điện áp, giảm tổn thất và nâng cao độ ổn định hệ thống điện khu vực Bình Định trong giai đoạn tiếp theo.

Tiếp theo, cần triển khai thực hiện các giải pháp đề xuất, đồng thời mở rộng nghiên cứu áp dụng cho các trạm biến áp khác trong khu vực nhằm nâng cao hiệu quả vận hành toàn hệ thống điện quốc gia. Để biết thêm chi tiết và hỗ trợ kỹ thuật, quý độc giả và chuyên gia có thể liên hệ với Trường Đại học Quy Nhơn hoặc các đơn vị quản lý điện lực địa phương.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: HIỆN TƯỢNG QUÁ ĐIỆN ÁP VÀ CÂN BẰNG CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRÊN HỆ THỐNG ĐIỆN 1. Khảo sát về quá điện áp trong hệ thống điện Quá điện áp là một trong những nguyên nhân phổ biến gây nên hư hỏng các thiết bị điện trong hệ thống điện và làm giảm hiệu quả cung cấp điện liên tục của hệ thống phân phối. Dạng quá điện áp nguy hiểm nhất thường là do sét đánh trực tiếp hoặc gián tiếp, ngoài ra quá điện áp còn có thể được gây ra do các thao tác vận hành trong hệ thống điện. Quá điện áp khí quyển do sét [6] Một vùng từ trường được sinh ra tại khu vực xảy ra hiện tượng sét đánh, tác động lên các đường dây truyền tải điện hoặc trực tiếp lên các hệ thống phân phối tạo nên quá điện áp trong hệ thống điện, thậm chí ngay cả khi sét đánh vào các hệ thống bảo vệ chống sét trực tiếp cũng có thể gây ra quá điện áp trong hệ thống điện lân cận.

Quá điện áp do sét đánh trực tiếp lên đường dây truyền tải Khi sét đánh vào dây dẫn pha, nó tạo ra một dòng điện là I(t), độ lớn của sóng điện áp là: 5 I va  Z ag. 2 Điện áp cảm ứng giữa pha a và dây nối đất g là: vag  va  vg (1.2) Có thể vượt quá mức chịu đựng của cách điện, gây ra hiện tượng phóng điện và xuất hiện ngắn mạch 1 pha chạm đất. Hơn thế nữa, nếu điện áp cảm ứng: I vab  Z ab .3) 2 Vượt quá mức chịu đựng của cách điện giữa pha a và b, thì sẽ xuất hiện phóng điện giữa 2 pha và gây ra ngắn mạch 2 pha. Quá điện áp có thể xuất hiện khi sét đánh lên hệ thống chống sét trực tiếp Khi sét đánh vào dây chống sét hoặc cột điện, điện áp cảm ứng vga   vg  va  có thể vượt quá mức độ cách điện và gây ra phóng điện.3 minh họa hiện tượng này.

Sét đánh trực tiếp vào dây chống sét hoặc cột điện Giả thuyết xung sét có độ lớn e(t )  I (t ).Z 0 đánh vào đỉnh cột như Hình 1. Dòng điện sét I(t) được chia thành 3 phần (cột và hai bên dây chống sét), do đó điện áp cảm ứng v(t) được tính như sau: Zg 1 e(t ) v(t )  .4) Z0  Z g 1  1 Z0 Z 0 Zg Trong đó 1 1 1  2 1 Reff   , Zg     1  1 1  2 1  Zn R     Z0 Z g Z0  Zn R  (1.5) Reff: tổng trở sóng tác động Z0: tổng trở sống của sét khi qua không khí R: tổng trở sóng của cột Zg: tổng trở sóng của các đường dây nối đất/kết cấu cột Zn  Z gw / n , Zgw, Zn là tổng trở sóng của dây nối đất và của n cú đánh. - Quá điện áp do cảm ứng dòng điện sét: Khi sét đánh vào một điểm trên mặt đất gần đường dây truyền tải điện, điện áp cảm ứng do hiện tượng sét đánh đặt lên đường dây có thể gây quá áp. 7 Hiện tượng quá áp này được gọi là quá điện áp cảm ứng dòng điện sét.

Hiện tượng cảm ứng dòng điện sét Hình 1.4 minh họa hiện tượng cảm ứng dòng điện sét. Hiện tượng này có thể được tưởng tượng như có một sợi dây nối liền đám mây tích điện với đất và có một dòng điện xung I(t) đóng đột ngột vào đường dây. Bên cạnh đó, đường dây ảo này lại có điện cảm móc vòng và điện dung móc vòng với dây dẫn và dây nối đất của đường dây trên không. Do đó sẽ xuất hiện điện áp cảm ứng điện dung cũng như điện áp cảm ứng điện cảm.

Quá điện áp do hiệu ứng Ferranti [2] Trong hệ thống điện, khi không tải hoặc tải nhỏ, chỉ có một dòng rất nhỏ chạy trên đường dây. Trong khi đó, điện dung ký sinh trên đường dây, đặc biệt với các đường dây dài lại có giá trị khá lớn. Việc này sẽ sinh ra quá áp trên đường dây, hay còn gọi là hiệu ứng Ferranti. Điện áp cuối đường dây có thể tăng gấp đôi điện áp nguồn tới (trong trường hợp đường dây rất dài).

Giả thiết ta có một hệ thống điện đơn giản như trình bày trong Hình 1. Hệ thống điện đơn giản 8 Khi đó đồ thị vector điện áp tại điểm đầu và cuối của đường dây có thể xảy ra một trong hai trường hợp như trong Hình 1. Đồ thị vector điện áp nút Nhìn vào đồ thị, khi hệ số công suất âm, điện áp nhận được ở cuối đường dây vr sẽ lớn hơn điện áp ở đầu đường dây vs, hiện tượng này gọi là hiện tượng Ferranti. Trong phần lớn các trường hợp, phụ tải mang tính dung gây ra bởi điện dung ký sinh trên đường dây.

Trường hợp khi hở mạch ở cuối đường dây, biểu thức điện áp như sau: Vr ( x) 1  (1.x Trong đó:  ( s)  ( Ls  R)(Cs  G) Bỏ qua thành phần R, G và s=jω, ta có: Vr 1  1 (1. LC) Như vậy, tỉ số giữa điện áp phía cuối đường dây và đầu đường dây, ngoài việc phụ thuộc vào thông số đường dây, còn phụ thuộc vào chiều dài đường dây. Hiệu ứng Ferranti Vr 1 Vs (1.8) cos(2 f LC ) Trong đó L 1mH / km, C 0, 01 F / km, f 50 Hz Hình 1.7 trình bày ví dụ về ảnh hưởng của hiện tượng Ferranti. Trong thực tế, hiện tượng này thường xuất hiện trong chế độ phụ tải cực tiểu.

Để ngăn chặn ảnh hưởng của hiện tượng này, hiện nay ở Việt Nam thường áp dụng việc đặt các kháng bù ngang ở cuối những cung đoạn đường dây siêu cao áp dài (thường là từ 300km trở lên). Quá điện áp do các thao tác vận hành trong hệ thống điện [7]: Các chuyển mạch của máy cắt, máy biến áp, động cơ và tải cảm ứng nói chung hay việc thay đổi đột ngột của tải gây ra các biến thể hiện đột ngột (di/dt), tạo ra điện áp nhất thời dâng trong hệ thống điện. Việc vận hành máy cắt và đóng cắt đường dây thường gây ra các sóng đóng cắt nguy hiểm. Hiện tượng quá điện áp do sóng đóng cắt được gọi là hiện tượng quá điện áp đóng cắt, hay quá điện áp thao tác.

Sóng đóng cắt này có các đặc điểm sau: Xuất hiện khi bất kỳ một thao tác đóng cắt máy cắt hay đường dây nào được thực hiện. Ảnh hưởng đến các phần tử xung quanh chỗ xuất hiện mà 10 không có khả năng tự phục hồi (máy phát, máy biến áp, máy cắt, cáp điện,v.v…) Là sóng quá độ ở tần số cực cao và liên tục trong thời gian dài trước khi tắt dần và biến mất. Hiếm khi tắt dần trước khi truyền đến điểm cách điện yếu. Chống sét van không thể bảo vệ các điểm cách điện yếu khỏi hiện tượng này.

Hơn thế nữa nó gây ra hiện tượng sinh nhiệt trong các điện trở phi tuyến trong chống sét van và thậm chí là phá hủy chống sét van. - Quá điện áp do đóng máy cắt Hiện tượng quá độ gây ra bởi việc đóng máy cắt tương tự như việc chèn tức thì một điện áp có giá trị e1 (0)  e2 (0).1(0) vào giữa hai tiếp điểm máy cắt. Do đó, điều kiện đầu của sóng dòng điện và điện áp truyền về hai phía của máy cắt là tỉ lệ với điều kiện điện áp đầu e1 (0)  e2 (0) .8 trình bày về sóng dòng điện và điện áp gây ra bởi việc đóng máy cắt. Sóng đóng máy cắt Trong đó 11 Z1 v1 (t )  Z1.e1 (0)  e2 (0) Z1  Z 2 - Quá điện áp do cắt máy cắt Tương tự như hiện tượng đóng máy cắt, hiện tượng cắt máy cắt cũng giống như việc đặt vào giữa hai tiếp điểm máy cắt một nguồn dòng ban đầu.

Hiện tượng này được mô tả như Hình 1. Hiện quá độ do cắt máy cắt Tuy nhiên, cần lưu ý trong thao tác cắt máy cắt là hiện tượng phóng điện trở lại. Hiện tượng này có thể gây hỏng máy cắt và quá áp rất nguy hiểm, có thể gây hỏng cách điện cho các phần tử khác trong hệ thống. Quá điện áp cộng hưởng dao động tần số thấp [2] Hệ thống điện chứa rất nhiều phần tử có điện cảm lớn (như máy phát điện, máy biến áp, cuộn cảm.) và điện dung lớn (như đường dây tải điện, các tụ điện.) những phần tử đó tạo thành hàng loạt những mạch vòng 12 dao động phức tạp.

Trong chế độ làm việc bình thường của hệ thống, các mạch vòng đó được nối tắt bởi những phụ tải lớn và nối vào những nguồn công suất lớn nên các dao động tự do không thể phát triển được. Nhưng khi có một sự cố hoặc một thao tác nhất định nào đó khiến cho một phần các mạch vòng này bị tách ra khỏi phụ tải thì trong phần mạch đó sẽ xuất hiện dao động năng lượng do có sự phân bố lại năng lượng điện và từ trường giữa các điện dung và điện cảm của mạch. Những dao động đó trong điều kiện nhất định có thể phát sinh hiện tượng cộng hưởng. Dao động trong trạng thái cộng hưởng đưa đến quá điện áp gọi là quá điện áp cộng hưởng.

Khi một điện cảm L và một tụ điện C được nối với nhau, cộng hưởng nối tiếp và cộng hưởng song song tồn tại. Chúng ta quan tâm hiện tượng cộng hưởng của n điện áp và dòng điện điều hòa từ quan điểm quá điện áp và hiện tượng méo sóng, khi mà điều kiện sau đây xảy ra: 1 Z  j 2 nfL  0 (1.10) j 2 nfC Trong đó, f là tần số cộng hưởng Hiện tượng quá điện áp gây ra khi có điều kiện trên ở tần số thấp (dưới 1kHz) chính là hiện tượng quá điện áp cộng hưởng dao động tần số thấp. Hiện tượng này có thể gây ra các vấn đề nghiêm trọng trên một diện rộng và lâu dài mà không hề tắt dần. Trong khi đó, hiện tượng cộng hưởng ở tần số cao hơn (lớn hơn 1kHz) lại không gây ra vấn đề về điện áp, vì sẽ bị tắt dần do tổn thất vầng quang và tổn thất dòng điện xoáy của đường dây truyền tải.

Cân bằng công suất phản kháng trên hệ thống điện Theo [4], nguyên nhân chủ yếu của hiện tượng quá điện áp tạm thời là do công suất phản kháng sinh ra từ điện dung ký sinh trên đường dây truyền tải cao áp và siêu cao áp.