Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu quá trình điện từ cuộn kháng bù ngang 500kV - Phạm Minh Tú, ĐH Bách Khoa HN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI PHẠM MINH TÚ NGHIÊN CỨU CÁC QUÁ TRÌNH ĐIỆN TỪ CỦA CUỘN KHÁNG BÙ NGANG DÙNG TRONG LƯỚI ĐIỆN CAO ÁP LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN Hà Nội – 2022 1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI PHẠM MINH TÚ NGHIÊN CỨU CÁC QUÁ TRÌNH ĐIỆN TỪ CỦA CUỘN KHÁNG BÙ NGANG DÙNG TRONG LƯỚI ĐIỆN CAO ÁP Ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 9520201 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. Bùi Đức Hùng 2. Trần Văn Thịnh Hà Nội - 2022 2 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Tất cả các ấn phẩm được công bố chung với các cán bộ hướng dẫn khoa học và các đồng nghiệp đã được sự đồng ý của tác giả trước khi đưa vào luận án.

Các kết quả trình bày trong luận án này là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất cứ công trình nào khác. Hà Nội, ngày … tháng … năm 2022 Người cam đoan Phạm Minh Tú TẬP THỂ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS. Bùi Đức Hùng TS. Trần Văn Thịnh i LỜI CẢM ƠN Trong quá trình nghiên cứu thực hiện luận án, tác giả đã nhận được nhiều góp ý về chuyên môn và sự giúp đỡ tận tình của tập thể cán bộ hướng dẫn khoa học, sự giúp đỡ của các thầy, cô giáo và đồng nghiệp trong nhóm Máy điện và Bộ môn Thiết bị điện - Điện tử, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, cùng sự hỗ trợ tận tình của tập thể cán bộ Tổng công ty Thiết bị điện Đông Anh, luận án đến nay đã hoàn thành.

Để hoàn thành luận án này, tác giả vô cùng biết ơn và bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc nhất đến hai thầy giáo hướng dẫn khoa học trực tiếp là TS. Bùi Đức Hùng và TS. Trần Văn Thịnh đã luôn dành nhiều thời gian, công sức, quan tâm, động viên và tận tình hướng dẫn tác giả trong suốt thời gian thực hiện luận án. Tác giả trân trọng cảm ơn ban lãnh đạo Tổng công ty Thiết bị điện Đông Anh đã cung cấp thông số cuộn kháng bù ngang ba pha 91 MVAr - 500kV hãng ABB khi sửa chữa bảo dưỡng tại nhà máy.

Tác giả cũng trân trọng cảm ơn Trung tâm DASI trường Đại học Bách khoa Hà Nội và bộ môn Kỹ Thuật Điện, trường Đại học Quy Nhơn đã tạo điều kiện thuận lợi cho phép tác giả sử dụng phần mềm bản quyền Ansys Maxwell để thực hiện nghiên cứu cuộn kháng bù ngang. Tác giả xin trân trọng cảm ơn Ban Lãnh đạo trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Phòng Đào tạo, trường Điện - Điện tử, cùng các thầy, cô giáo và đồng nghiệp trong Bộ môn Thiết bị Điện - Điện tử đã tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất về thời gian và cơ sở vật chất cho nghiên cứu sinh trong suốt quá trình thực hiện luận án. Cuối cùng, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn tới các bậc sinh thành, vợ và con gái yêu thương đã luôn luôn động viên, hỗ trợ mọi mặt trong những lúc khó khăn nhất để tác giả yên tâm dành trọn thời gian cho nghiên cứu, góp phần không nhỏ vào thành công của luận án. Tác giả luận án Phạm Minh Tú ii MỤC LỤC MỤC LỤC.

iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT. vi DANH MỤC HÌNH VẼ. ix DANH MỤC BẢNG BIỂU. xiii MỞ ĐẦU.

Lý do chọn đề tài. Mục đích của luận án. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài. Đối tượng nghiên cứu.

Phạm vi nghiên cứu. Phương pháp nghiên cứu. Các đóng góp mới của luận án. Cấu trúc nội dung của luận án.

4 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ CKBN .1 Giới thiệu chung .2 Vai trò của cuộn kháng trong hệ thống điện .3 Cuộn kháng bù ngang.2 Phân loại CKBN .3 Thông số kỹ thuật của CKBN .4 Những nghiên cứu ở trong và ngoài nước về CKBN.1 Những nghiên cứu trong nước .2 Những nghiên cứu ngoài nước .5 Những vấn đề còn tồn tại và đề xuất hướng nghiên cứu .6 Kết luận chương. 18 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ MÔ HÌNH MẠCH TỪ CKBN .1 Giới thiệu chung .2 Trường điện từ và hệ phương trình Maxwell .3 Vật liệu làm mạch từ .1 Đặc điểm của thép kỹ thuật điện .2 Đặc tính tuyến tính .3 Vai trò của khe hở trên trụ của CKBN .4 Cấu trúc của CKBN.1 Cấu trúc mạch từ .2 Cấu trúc dây quấn.5 Từ trường trong CKBN .6 Mô hình mạch từ tương đương .1 Từ trở phần lõi thép .2 Từ trở phần khe hở trên trụ .7 Kết luận chương. 38 CHƯƠNG 3: THIẾT LẬP MÔ HÌNH VÀ THÔNG SỐ KÍCH THƯỚC CKBN .1 Giới thiệu chung .2 Tổng quan về công cụ Ansys Maxwell .1 Phương pháp phần tử hữu hạn .2 Phần mềm Ansys Maxwell .3 Mô hình hóa và mô phỏng CKBN .1 Đối tượng mô phỏng .2 Thiết lập và dựng mô hình mô phỏng .3 Phân tích kết quả .4 Xác định thông số kích thước CKBN .1 Mô hình giải tích .2 Mô hình mô phỏng .5 Nghiên cứu xác định điện cảm rò trong CKBN .6 Kết luận chương. 64 CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA THÔNG SỐ KHE HỞ ĐẾN ĐẶC TÍNH ĐIỆN TỪ CỦA CKBN .1 Giới thiệu chung .2 Nghiên cứu phân bố từ cảm các kiểu ghép lá thép trụ CKBN .1 Các kiểu ghép lá thép trụ và hệ tọa độ tương ứng .2 Mô hình nghiên cứu các kiểu ghép lá thép trụ .3 Phân tích phân bố từ cảm với các kiểu ghép lá thép trụ .3 Nghiên cứu lực điện từ trên các khối trụ .2 Xác định lực điện từ .3 Phân tích kết quả phân bố lực điện từ .4 Nghiên cứu xác định số lượng khe hở trên trụ .2 Mô hình nghiên cứu theo số lượng khe hở trên trụ .3 Phân tích kết quả .5 Nghiên cứu khoảng cách giữa các khe hở trên trụ .2 Mô hình nghiên cứu các trường hợp kích thước và khoảng cách khe hở khác nhau .3 Phân tích ảnh hưởng của khoảng cách giữa các khe hở tới thông số điện cảm .6 Kết luận chương.

92 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. 93 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 94 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN. 110 v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Kí hiệu/ Đơn vị Ý nghĩa Viết tắt CKBN Cuộn kháng bù ngang MBA Máy biến áp PTHH Phần tử hữu hạn SR Vòng điện dung SER Vòng điện dung đầu cuộn dây Qđm MVAr Công suất phản kháng định mức Qmax MVAr Công suất phản kháng cực đại Uđm kV Điện áp định mức Umax kV Điện áp cực đại Iđm A Dòng điện định mức If A Dòng điện pha j A/m2 Mật độ dòng điện f Hz Tần số Pcu kW Tổn hao đồng Pfe kW Tổn hao sắt từ F A.vòng Sức từ động F N Lực điện từ XL  Điện kháng L H Điện cảm Ltot H Điện cảm tổng Lc H Điện cảm tương ứng phần từ thông chính trong lõi thép Lg H Điện cảm tương ứng phần khe hở giữa trụ Lf H Điện cảm tản Ll H Điện cảm rò Wtot J Năng lượng tổng Wc J Năng lượng tích trữ trong mạch từ Wg J Năng lượng tích trữ trong khe hở giữa trụ vi Wf J Năng lượng tích trữ xung quanh khe hở  Wb.vòng Từ thông móc vòng m Wb Từ thông chính trong mạch từ f Wb Từ thông tản l Wb Từ thông rò rw  Điện trở dây quấn E V/m Cường độ điện trường D C/m2 Vectơ cảm ứng điện B T Từ cảm hay mật độ từ thông H A/m Cường độ từ trường  C/m3 Mật độ điện tích 𝜇 H/m Từ thẩm μ0 H/m Từ thẩm chân không, có giá trị 4.10-7 H/m μr Độ từ thẩm tương đối 𝜀 F/m Hằng số điện môi 0 F/m Hằng số điện môi của chân không J Độ phân cực từ M A/m Từ độ hay độ từ hóa m Độ cảm từ Dc m Đường kính trụ Ac m2 Tiết diện trụ Hc m Chiều cao trụ Dy m Chiều sâu gông Hy m Chiều cao của gông Ly m Chiều dài của gông Wy m Chiều rộng cửa sổ mạch từ Ag m2 Tiết diện khe hở lg m Tổng chiều dài khe hở trên trụ l1g m Chiều dài mỗi khe hở trên trụ g Khe hở Số khe hở trên trụ vii Hg m Khoảng cách giữa các khe hở Hg_Min m Khoảng cách nhỏ nhất giữa các khe hở Hg_Max m Khoảng cách lớn nhất giữa các khe hở N Vòng Số vòng dây quấn Aw m2 Tiết diện cuộn dây Ww m Chiều rộng dây quấn Hw m Chiều cao dây quấn kw Hệ số hình dáng dây quấn ku Hệ số điền đầy dây quấn trong cửa sổ mạch từ bcw m Khoảng cách cách điện từ dây quấn đến trụ byw m Khoảng cách cách điện từ dây quấn đến gông Rtot H-1 Từ trở tổng Rci H-1 Từ trở phần mạch từ thứ i Rc H-1 Từ trở mạch từ Rg H-1 Từ trở khe hở khi bỏ qua từ trường tản Rf H-1 Từ trở tản xung quanh khe hở Pc H Từ dẫn mạch từ Pg H Từ dẫn khe hở khi bỏ qua từ trường tản Pgf H Từ dẫn khe hở kể đến ảnh hưởng bởi từ trường tản Pf H Từ dẫn tản xung quanh khe hở viii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 0.1 Công suất phản kháng sinh ra từ đường dây [2] .2 Hiệu ứng Ferranti .1 Sơ đồ kết nối CKBN trong lưới truyền tải điện [10] .2 Sơ đồ kết nối cuộn kháng hạn chế dòng ngắn mạch [11] .3 Kết nối cuộn kháng hạn chế dòng xả cùng tụ bù dọc [12] .4 Phân loại CKBN .5 Cuộn kháng khô lõi không khí của hãng Trench [13] .6 Cuộn kháng ba pha ngâm dầu của hãng Siemens [14] .7 Mô hình lõi thép trong nghiên cứu [19] .8 Mặt cắt ngang trụ: (a) kiểu đúc kết dính thành khối, (b) kiểu ghép dùng bu lông kẹp giữ [25] .9 Vết cắt trên mạch từ [27] .10 Cấu trúc CKBN một pha: (a) một trụ, (b) hai trụ [28] .13 Mô hình cuộn cảm với vị trí khe hở khác nhau [31] .14 Mô hình mạch từ với sơ đồ mạch từ tương đương [32] .15 Biến đổi tương đương trụ tiết diện tròn sang trụ chữ nhật [33] .16 Chia vùng tính từ dẫn tản: (a) trụ tiết diện chữ nhật, (b) trụ tròn [24] .17 Cấu trúc khe hở trên mạch từ ở hình (c) kết hợp giữa kiểu khe hở trên hình (a) và (b) [43] .1 Đường cong từ hóa .2 Quá trình hình thành các vách đômen [65] .3 Sự xoay hướng của vectơ mômen từ trong vách Bloch giữa hai đômen .4 Đường cong từ hóa và chu trình từ trễ của vật liệu sắt từ [68] .